БИОХИМИЯ, 2003, том 68, вып. 10, с. 1423–1435
УДК 577.122
Гидратационные свойства молекулярного шаперона α-кристаллина в хрусталике быка
1 Innovative Vision Products, Inc.
2 Московский институт глазных болезней им. Г. Гельмгольца
3 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет, кафедра биофизики
4 Institute of Experimental Ophthalmology University of Bonn
5 Healthy LLC
Поступила в редакцию 21.01.2002
После доработки 08.04.2003
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ЯМР-спиновое эхо, хрусталик быка, шаперон, α-кристаллин, изоэлектрическое фокусирование, гидратация белка, супергидратация.
Аннотация
Проведены топографические исследования фракций кристаллинов в различных морфологических слоях хрусталика молодого и взрослого быка. Используя метод тонкослойного изоэлектрического фокусирования в полиакриламидном геле (ИЭФ), получены профили кристаллинов для каждого слоя хрусталика. Водорастворимые (ВР) кристаллины из экваториальной зоны хрусталика разделяются на высокомолекулярные (ВМ) αL-, βH-, βL-, βS– и γ-кристаллины. Исследование природы водонерастворимой (ВН) белковой фракции в выделенных слоях хрусталика выявило агрегированное состояние αL-, βL-, βS– и γ-кристаллинов, скрытых в центральной полости шаперона α-кристаллина, в различных областях хрусталика. Данные ИЭФ указывают на шапероноподобную функцию (предотвращение агрегации белков) α-кристаллина в ядре и внутреннем кортексе хрусталика, однако не в его наружных кортикальных слоях. Используя различные методики, изучали связывание воды α-кристаллином хрусталика быка, коллагеном кожи теленка и бычьим сывороточным альбумином (БСА). Поглощение воды оценивали волюметрически в экспериментах по десорбции под высоким вакуумом, а также гравиметрически в экспериментах с контролируемой газовой средой. Для изучения гидратации образцов белка и определения времен спин-спиновой релаксации (T2) протонов воды, абсорбированной на белках, использовали метод ЯМР-спиновое эхо. Изолированные хрусталики белка рассекали на 11–12 морфологических слоев (от переднего кортекса через ядро к заднему кортексу) и содержание воды измеряли в отношении к сухому весу белков в индивидуальных слоях. При относительной влажности P/P0 = 0,75, α-кристаллин не абсорбировал воду, что указывает на экспонирование гидрофобных участков белка в водный раствор. При относительной влажности P/P0 = 1,0 поглощение воды α-кристаллином составляло 17% при однокомпонентном характере спинового эха (T2 = 3 мс). Добавление воды к α-кристаллину до содержания около 50% по весу, увеличивало показатель T2 = 8 мс с одной единственной компонентой спада сигнала спинового эха. Однокомпонентный характер спада сигнала спинового эха указывает на прочное связывание воды α-кристаллином. При относительной влажности P/P0 = 1,0 коллаген и БСА абсорбировали соответственно 19,3 и 28% воды и показывали двухкомпонентную кривую спада с показателем T2 около 5 и 40 мс соответственно. Эти результаты указывают на наличие двух фракций воды в коллагене и БСА, которые пространственно разделены. Данные ИЭФ указывают на прочное связывание воды α-кристаллином со сходным распределением воды в слоях хрусталика. Таким образом, показано, что α-кристаллин иммобилизует воду в большей степени, чем другие белки, такие как коллаген и БСА. Указанные результаты проливают свет на структурные свойства α-кристаллина и его способность к супергидратации и имеют важные приложения для понимания механизма шапероноподобного действия указанного белка в хрусталике и внеглазных тканях организма.
Текст статьи
Сноски
* Адресат для корреспонденции и запросов оттисков.