Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Связь термодинамики плавления коллагенов холоднокровных животных с температурой и соленостью среды обитания

ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Связь термодинамики плавления коллагенов холоднокровных животных с температурой и соленостью среды обитания"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА,ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В.ЛОМОНОСОВА

о ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

« $

- со

I

На правах рукописи УДК 577.3

Юсин Дмитрий Юрьевич

вязь термодинамики плавления коллагенов холоднокровных животных с температурой и соленостью среды обитания.

03.00.02 - биофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА 1998

Работа выполнена на кафедре биофизики физического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор В.И.Лобышев

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

Ю.М.Петрусевич

кандидат физико-математических наук, Н.Г.Есипова

Ведущая организация: Институт теоретической и экспериментальной

биофизики РАН

Защита диссертации состоится 16 апр е 1998 года в

17-ю часов

на заседании Специализированного совета N 3 ОФТТ (К.053.05.77) в МГУ им. М.В.Ломоносова по адресу: 119899, ГСП, г.Москва, Воробьевы горы. МГУ, физический факультет, ауд. И)Ф А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова.

Автореферат разослан. -/6 Хл сф гд 1998 года.

Ученый секретарь Специализированного совета К.053.05.77 в МГУ им. М.В.Ломоносова кандидат физико-математических наук О.А.Котельникова

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. Фибриллярный белок коллаген обладает шкальными физическими, химическими и биологическими свойствами, что Зусловливает высокий интерес исследователей разных специальностей, роблема стабильности белка коллагена - основного компонента »единительных тканей обсуждается длительное время. Однако, имеющиеся шные очень разнородны, получены для разных коллагенов, различными гтодами и при различных условиях эксперимента: рН, ионная сила, шцентрация раствора белка. Структура коллагена- одна из наиболее швлекательных своим своеобразием и простотой. Общие ее черты 5рисовались уже к 1960 году и свелись к двум близким трехспиральным руктурам, в которых отдельные цепи стабилизировались либо одной , либо ¡умя водородными связями по три остатка в цепи (триплете). Было тановлено также, что связанная с коллагеном вода служит неотъемлемым руктурным элементом коллагеновой спирали. Позднее было выдвинуто ¡едположение об определяющей роли стуктурно связанной воды в ергетике плавления коллагеновой спирали.

В последние годы основное внимание при исследовании факторов абилизации коллагеновой спирали уделялось анализу коллагенов ксономически далеких видов (от беспозвоночных до млекопитающих), .то показано, что существует корреляция между относительным держанием иминокислот и температурой денатурации. На основании более здних исследований общепринятой стала точка зрения, согласно которой менение термостабильности имеет энтропийную природу. В то же время щтельного изучения особенностей термодинамики плавления коллагена, алогичного тому, что было выполнено для ряда глобулярных белков, до х пор не сделано. Такую возможность предоставляют коллагены разных дов рыб и земноводных, отличающихся характеристиками среды итания.

Цель исследования состояла в изучении термостабильности коллагенов тем, чтобы получить термодинамические характеристики процесса

денатурации филогенетически различающихся коллагенов, уточнить роль иминокислотных остатков в термостабильности коллагена и изучит! зависимость термостабильности коллагенов от величины заряда на молекуле коллагена, так как сам процесс фибрилогенеза находится под влиянием эффективного заряда на молекуле коллагена. Задачей данной работы было:

1. Получение однородного материала в пределах одного класса животных • для большого набора коллагенов из кожи разных видов рыб. Проведение систематических исследований коллагенов рыб и земноводных с различной температурой обитания.

2. Выявление и анализ закономерностей изменения энтальпии денатурация как для каждого из видов при изменении заряда молекулы, осуществляемого вариацией рН, так и среди разных видов, отличающихся температурок обитания.

3. Уяснение значения подстраивания температуры денатурации коллагена в температуре обитания. То есть, оценка роли строения и свойств коллагена как наиболее термолабильного белкового компонента живой системы I установлении температурных границ обитания популяции.

4. Выяснений физиологических условий при которых происходит уменьшение скорости агрегации, то есть уменьшение скорости фибриллогенеза.

Научная новизна

Впервые показано, что зависимость энтальпии денатурационногс перехода от температуры перехода для коллагенов пресноводных видо! противоположна аналогичной зависимости для глобулярных белков, т.е энтальпия перехода падает с увеличением температуры. Это объясненс принципиально различным изменением формы и конформационногс состояния макромолекулы при денатурации. Для коллагена характере! переход: развернутые - свернутые конформации, а для глобулярных белков компактная глобула - рыхлая глобула или клубок. Установлено, чтс зависимость энтальпии денатурации от температуры для холодолюбивых г

еплолюбивых животных делятся на два кластера, различающихся, в реднем, на величину порядка 12 Дж/г. Наблюдается также систематическое азличие между коллагенами морских и речных видов. Показано, что даптация к условиям солености происходит за счет увеличения количества трицательно заряженных аминокислот в полипептидной цепи коллагенов ожи морских животных по сравнению с пресноводными Трактическая значимость работы.

никальность строения коллагена, его химических, физических и иологических свойств определяет широкий интерес к объекту в разных бластях знания: физико-химической биологии, медицине, биотехнологии, гхнологии волокнистых полимеров и экологии. Полученные в работе езультаты имеют большое значение для понимания структурной рганизации коллагенов. Знание закономерностей увеличения грмостабильности и возможность осуществления мониторинга ооперативных свойств белков важны, поскольку повышение устойчивости елков диктуется рядом задач практической биотехнологии. Установленная в аботе роль среды может быть использована в качестве практических гкомендаций в инженерии биополимеров. Обнаруженные различия в изико-химических свойствах коллагенов из разных животных могут эслужитъ основой для направленных исследований широко 1спр0страненных заболеваний - коллагенозов, связанных с нарушениями ункционирования коллагена - основного структурного компонента всех >единительных тканей Ыробаиия работы и публикаиии.

[атериалы диссертации докладывались на международных конференциях удентов и аспирантов "Ломоносов 96" и "Ломоносов 97". Секция физики. Москва, МГУ, 1996, 1997); Основные результаты диссертации представлены 4 публикациях.

труктура и объем диссертаиии. Диссертация состоит из введения трех [ав, выводов и списка цитируемой литературы. Диссертация изложена на 7.6

дифференциальной адиабатической сканирующей микрокалориметрии не страницах, содержит 16 рисунков, одну таблицу, список литературы из 51 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель у основные задачи работы

В первой главе представлен обзор литературных данных по теме диссертации. Изложены современные представления об аминокислотном составе и структуре коллагена, представляющего собой уникальнук суперспираль, состоящую из трех полипептидных цепей. Обсуждается связь специфической структуры коллагена с термодинамическими характеристиками его температурной денатурации. Рассмотрены представления о молекулярных механизмах температурной адаптации живых организмов, сложившейся в процессе эволюции видов и обеспечивающей соответствие между температурной зоной обитания популяции V температурой денатурации коллагена. Важным свойством коллагена, связанным с его системной ролью при дифференцировке тканей являете близость температур денатурации коллагенов к физиологической температуре эмбриогенеза- у теплокровных- и к температуре верхнегс предела среды обитания- у холоднокровных. Рассмотрена роль иминокислот. связанной воды и заряженных аминокислот в термодинамике денатурации биополимера.

Во второй главе описаны материалы, объекты и методы исследования.

В работе исследовали коллагены, полученные из кожи рыб: карпа, окуня щуки, тиляпии, ротана, речной и морской камбалы, речной и морской горбуши, сайды, теплолюбивого и холодолюбивого вьюна, арктической ледяной, а также кожи озерной и древесной лягушек. Описан мeтo^ получения и очистки растворимого коллагена, способ приготовленш растворов белка для калориметрических исследований. Описан мето;

эимере используемого прибора ДАСМ-4 (НПО Биоприбор, Пущино), етоды определения парциальной теплоемкости

белка, энтальпии, энтропии и температуры денатурации, погрешности шориметрических измерений. На рис.1 представлена калориметричекая пись раствора белка и базовой линии с калибровочной тепловой меткой, арциальная теплоемкость белка определяется по величине 8, метод вождения денатурационного скачка теплоемкости АСР и температуры ¡натурации ясен из рисунка. Энтальпия денатурации определяется личиной площади под кривой теплопоглощения, нормированной на ющадь под калибровочной меткой.

третьей главе изложены результаты калориметрических исследований щлагенов и проведен их анализ.

Денатурацию коллагенов исследовали при различных значениях рН. екоторые характерные термограммы плавления представлены на рис.2-4. ак видно из рисунков, кривые плавления коллагена кожи щуки эедставляют собой один пик в широком интервале значений рН, а в случае суня и карпа наблюдается раздвоение пика в щелочной области рН. налогичные эффекты были известны ранее только для глобулярных белков.

Парциальная теплоемкость коллагена и ее изменения при тепловой ¡натурации. Парциальные теплоемкости всех нативных исследуемых шлагенов из теплолюбивых видов животных оказались одинаковыми с 'чностью до погрешности и при 21° С составляют С р ( 21° С) = 1.36 ± 0.09 к/г К.

Из анализа экспериментальных данных следует, что для исследуемых шлагенов скачок теплоемкости ДСР при денатурации либо отсутствует, [бо очень мал, в отличие от глобулярных белков.

гличие в поведении теплоемкости коллагена и глобулярного белка >ъясняется различием в их строении. При денатурации глобулярных белков юисходит разворачивание нативной глобулы, в результате чего полярные гидрофобные группы, скрытые внутри глобулы, гидратируются*

Рис.1. Микрокалориметрическая запись прогреваемого раствора белка.

-«V-1-1_1_1_1_1_:_

О 30 31 32 33 34 35 36 Т, °С

Рис.2. Температурная зависимость парциальной теплоёмкости коллагена из кожи щуки.

_л_I_I-1-1-1-1-1-

О 29 30 31 32 33 34 Т, °С

Рис.3. Температурная зависимость парциальной теплоёмкости коллагена из кожи окуня.

Рис.4. Температурная зависимость парциальной теплоёмкости коллагена из кожи карпа.

Хотя при денатурации происходит множество других событий, характеризующихся разными знаками изменения теплоемкости, этот процесс является доминирующим и определяет возрастание теплоемкости белка I процессе денатурации и появлении положительного значения АСр. Молекула нативного коллагена имеет фибриллярную структуру, которая сильнс связывает воду. Кроме того, ее боковые радикалы направлены наружу пс отношению к оси молекулы, поэтому при переходе молекулы коллагена е денатурированное состояние не появляется достаточного количества новых гидратирующихся гидрофобных поверхностей, которые могли бы внести существенный вклад в появление положительного ДСр.

Проявление доменной структуры коллагенов при денатурации. При значении рН раствора более 6.5 для карпа и 8.5 для окуня на термограммах плавления коллагенов наблюдались два пика теплопоглощения, что может быть связано с проявлением доменной структуры, а именно-"энергетическими" доменами, определяемыми неравномерным распределением зарядов по молекуле. Как и для глобулярных белков, они проявляются вдали от изоэлектрической точки. В рассмотренных двух примерах видно, что при изменении рН от нейтральной в щелочную область, наряду с уменьшением температур перехода, происходит раздвоение пика. Это означает, что главную роль в поддержании единой кооперативной системы коллагена играют ионные пары, которые могут, например, по-разному стабилизировать различные участки длинной макромолекулы. В то же время, единая кооперативная система может нарушаться в щелочной области и за счет влияния ионов ОН на структуру связанной воды. В дальнейшем, мы провели детальный анализ одиночных симметричных пиков теплопоглощения, полученных в области более низких значений рН.

Энтальпия денатурации коллагена. Для того, чтобы убедиться, что процесс денатурации происходит в одну стадию в области низких значений рН, необходимо сравнить калориметрическую энтальпию денатурация Ап<)Неа1, с эффективным значением Д'^Ну-н, рассчитанной по формуле Вант-

лэффа для одностадийного перехода. В случае совпадения этих величин ложно заключить, что плавящаяся макромолекула представляет собой ¡диную кооперативную систему. Если ДпиНСа1 / Ап(]Ну-п> 1, то процесс перехода гельзя считать одностадийным, что может быть связано либо с наличием 1ромежуточных состояний, либо с существованием независимых доменов. Доведенное сравнение численных значений энтальпии для всех гсследованных коллагенов выявило соответствие между энтальпией Вант-"оффа и калориметрической энтальпией в пределах погрешности измерения.

Сравнение численных значений удельной энтальпии денатурации ¡сследуемых нами коллагенов щуки и карпа с соответствующими штературными данными, дает хорошее совпадение между ними с югрешностью не более 8%. Это же относится и к температуре денатурации [анных объектов, что подтверждает достоверность полученных результатов.

На рисунках 5, 6 для коллагенов разных животных приведены ависимости температуры денатурации от рН, а на рисунке 7 - энтальпии (енатурации как функции температуры денатурации. Лишь образцы из иляпии, вьюна теплолюбивого и сайды представлены одним значением ермодинамических параметров при рН 7,0. Чтобы не перегружать рисунок и делать его максимально ясным, представленные зависимости разделены на ;ва графика по принципу сходства или необходимости сравнения коллагенов разных видов животных. С этой же целью и для выделения характерных ависимостей, на графиках точки соединены линиями лишь для некоторых бразцов.

Корреляция температуры денатурации коллагена с температурой реды обитания вида. Зависимость температуры денатурации от рН для сследуемых коллагенов в общем случае имеет сложную форму и отличается т аналогичных зависимостей для глобулярных белков, хотя как и лобулярные белки, коллаген наиболее устойчив в нейтральной и лабощелочной форме. Но для коллагенов наблюдается резкое немонотонное зменение термостабильности при изменении рН в кислой области. Особенно

♦ Камбала морская ■ Камбала речная

Карп х Окунь х Щука

• Горбуша речная

+ Вьюн холодолюбивый -Ледяная рыба - Тиляпия

с Вьюн теплолюбивый Сайда

0.0

2.0 4.0

6.0

8.0 10.0 12.0

Рис.5. Зависимость температуры денатурации коллагена от рН среды.

1В

40 -

Т<1, °с

♦

А

30 -

♦ ♦

25 -

20 --

♦ Лягушка древесная ■ Лягушка озёрная 4 Ротан

х Горбуша речная ж Горбуша морская

15 --

рН

0.0 5.0 10.0 15.0

Рис.6. Зависимость температуры денатурации коллагена от рН среды.

ДН, Дж/г x \х ж

□ + + + -г + xД Д \ ж \ \ а\ *\ А

» Камбала морская ш Камбала речная & Карп X Окунь ж Щука

+ Вьюн холодолюбивый

- Ледяная рыба

- Тиляпия

о Вьюн теплолюбивый □ Сайда

та, °с

ю

20

30

40

40.0 35.0 30.0 -25.0 -20.0 15.0 10.0 5.0

■ ♦ ♦ *-•-*

0.0 -I-!-1-—-;-!- Тс1, °С

10 15 20 25 30 35 40 Рис.7. Связь энтальпии денатурации коллагена с температурой денатурации.

♦ Лягушка древесная Ш Лягушка озёрная д Ротан

X Горбуша речная ж Горбуша морская

гетко это наблюдается у пресноводных рыб в ряду карп - окунь - щука -самбала - горбуша речная, причем глубина минимума растет с уменьшением гермостабильности коллагена. Следует отметить, что у коллагена из кожи <рыс, обладающего температурой денатурации более 40°С, указанный минимум не наблюдается вовсе.

Различие температур денатурации коллагенов разных видов может быть :вязано с большим содержанием у холодолюбивых видов серина и треонина 1 меньшим, по сравнению с теплолюбивыми видами, пролина и эксипролина, особый вклад которых в энергетику коллагеновой спирали состоит в увеличении подвижности каждой полипептидной цепи там, где в 1ее включено пирролидиновое кольцо, за счет меньшей гидратации юответствующей пептидной группы. Вопрос, является ли соотношение 1мино- и имино- кислот в составе коллагена решающим в термостабильности лого белка, остается открытым, так как точный аминокислотный состав «следуемых коллагенов неизвестен. Однако, резонно предположение о эешающем вкладе пространственной структуры макромолекулы коллагена, которая в свою очередь управляется первичной структурой пептидных цепей, з процессе температурной адаптации данного вида.

Проведенное сравнение температуры денатурации коллагенов из кожи исследуемых видов рыб с температурой среды обитания данного вида не эставляет сомнения в наличии четкой корреляция температуры денатурации <оллагена и температуры обитания исследуемых видов. Очевидно, что филогенетическая адаптация, сложившаяся в процессе эволюции видов и эбеспечивающая корреляцию температуры зоны обитания популяции и температуры денатурации коллагена, осуществляется на уровне генетического аппарата клетки и затрагивает необратимые изменения тервичной структуры молекулы

Связь энтальпии и энтропии денатурации с температурой денатурации. Проанализируем связь энтальпии денатурации с температурой денатурации коллагенов для разных видов рыб. Как видно из рис.7, теплолюбивые виды: щука, карп, окунь, тиляпия, ротан и холодолюбивые:

ледяная рыба, сайда и вьюн холодолюбивый образуют две обособленные группы на плоскости ДН = ДТа). Образцы коллагенов из перечисленных теплолюбивых рыб обладают наиболее высокой энтальпией и температурой денатурации, напротив коллагены из перечисленных холодолюбивых видов обладают низкими значениями энтальпии и температуры денатурации. В отдельную группу попадают коллагены из морской и речной камбалы и вьюн теплолюбивый. При относительно высокой температуре денатурации они характеризуются величинами ДпаНса1 не превышающими 10 Дж/г. Другую группу образуют коллагены из морской и речной горбуши. Обладая относительно высокой температурой денатурации ( более 20°С ), они имеют также и высокую энтальпию денатурации. Энтальпия денатурации Д^Ны коллагена древесной лягушки практически не зависит от внешних условий, весьма низка и не превышает 4,3 Дж/г, а Д^Ны озерной лягушки сильно варьирует от 2,7 до 25 Дж/г. Имея в виду большую роль связанной воды в термодинамике коллагена, можно предположить, что величина энтальпии денатурации должна коррелировать с гидратирующей способностью коллагенов, поскольку при денатурации необходимо разрушить связи с организованной вокруг цепей коллагена водой. Такое предположение находит прямое подтверждение в литературе, где показано, что объем гидратации коллагенов из теплолюбивых рыб больше, чем у коллагенов холодолюбивых рыб при одинаковой температуре.

Зависимость энтальпии денатурации от температуры денатурации оказалась сложной. Если в случае глобулярных белков аналогичные зависимости представляют собой линейные возрастающие функции, то в случае с коллагенами мы встречаемся как с возрастающими, так и с убывающими функциями, что никогда не наблюдали для глобулярных белков, хотя в ряде экспериментов отмечалось отсутствие изменений энтальпии при изменении температуры денатурации. "Отрицательный" наклон энтальпии денатурации характерен для пресноводных форм коллагенов при отбрасывании точки с самым низким значением рН,

ютветствующей подъему температуры денатурации после достижения ее инимального значения.

Необходимо объяснить впервые наблюдаемый эффект "отрицательного" штона. Как уже указывалось выше, молекула нативного коллагена имеет шьно связанную структурированную воду, причем чем выше температура шатурационного перехода для данного произвольно выбранного белка ( в шисимости от условий среды ), тем меньше воды будет гидратировать остов элипептидной цепи и тем выше вероятность организации эстденатурационных ван-дер-ваальсовских контактов, что приводит к ■леньшеншо А^Нса: . Напротив, в глобулярных белках при денатурации зеличивается вероятность гидратации остова полипептидной цепи и ченылается вероятность роста вторичных контактов с увеличением числа азорванных первичных контактов. Это позволяет подтвердить имеющуюся эчку зрения о том, что при денатурации существенный вклад в габилизацию нативной молекулы коллагена вносят водородные связи, оторые с ростом температуры ослабляются. Кроме того, уже отмечалась оль зарядов в стабилизации кооперативных взаимодействий, вклад которых акже уменьшается с ростом температуры.

Поскольку в точке перехода свободная энергия Гиббса равна нулю, ятропия перехода пропорциональна энтальпии денатурации. Небольшие елинейности зависимости энтальпии от температуры денатурации казываются несущественными, т.к. сам переход происходит в очень узком нтервале температур в масштабе термодинамической температурной шалы. Поэтому величины энтропии перехода как функции температуры енатурации с точностью до множителя совпадают с соответствующими пункциями энтальпии.

ависимость термостабильности коллагенов от величины заряда на юлекуле коллагена. Как хорошо известно, коллаген - это белок, емпература денатурации которого совпадает с температурой шбриллогенеза. В то же время представляет интерес изучение зависимости

термостабильности коллагенов от величины заряда на молекуле коллагена, так как сам процесс фибрилогенеза находится под влиянием эффективного заряда на молекуле коллагена. Помимо этого, заряд играет роль в приспособлении макромолекул к функционированию в условиях повышенной солености, как у морских животных.

Проанализируем более подробно зависимость температуры денатурации от величины рН, приведенную на рис. 5. Обращает на себя внимание наличие двух экстремумов на каждой из кривых зависимости температуры денатурации ( Ти) от рН. В ряду пресноводных рыб карп - щука - окунь - речная камбала - речная горбуша с уменьшением температуры денатурации минимум, соответствующий области рН 3 - 4 , становится все более выраженным. Отметим еще раз, что у коллагена кожи крысы, имеющего температуру денатурации более 40°С, этот минимум вообще не наблюдается. В то же время зависимости энтальпии и энтропии денатурации от рН среды, характеризуются гладкими кривыми без особенностей, по крайней мере при рН более 3,5. Исключение составляет лишь коллаген из речной горбуши, хотя для него зависимость температуры денатурации от рН вполне хорошо ложится в ряд коллагенов пресноводных рыб. Привлекает также внимание тот факт, что форма зависимости температуры денатурации коллагена из ротана от рН однотипна аналогичным кривым для морских рыб. Возможно, высокая устойчивость ротана к переменным внешним условиям достигается молекулярными механизмами аналогичными механизмам приспособляемости к условиям обитания в соленой воде.

Качественно различаются соответствующие зависимости у коллагенов из лягушки озерной и древесной. Причина такого различия лежит, повидимому, в различной приспособляемости к диапазону температур обитания, который у озерной лягушки несомненно может быть уже, чем у древесной.

Если учесть, что коллаген - это линейная трехспиральная структура, на которой заряды одного знака кластеризованы, а часть из них образует ионные пары, то полученные результаты означают, что минимумы

температуры перехода соответствуют тем значениям рН, при которых число заряженных групп на молекуле максимально.Для физиологических условий или условий, близких к ним, это означает уменьшение скорости агрегации, то есть уменьшение скорости фибриллогенеза, что, как известно, служит формой предотвращения образования дефектов.

Вывод о роли заряда в фибриллогенезе подтверждается очевидным смещением кривой зависимости температуры денатурации от рН для коллагена горбуши, выловленной в речных водах, которая живет и растет в море, но заходит на нерест в реки. График этой зависимости сдвинут в сторону меньших значений рН, что означает невозможность нормального фибриллогенеза при рН»7. Окончательные выводы можно будет сделать зная аминокислотный состав и аминокислотную последовательность в цепях макромолекул коллагенов изученных нами видов, но в настоящее время такими данными мы не располагаем.

Рассмотрение кривых зависимости температуры денатурации от рН и АН, ДБ от температуры денатурации и рН позволяет выявить существенные различия в стабилизации коллагенов из кожи исследованных животных. Коллагены теплолюбивых животных стабилизируются высоким значением АН, в то время как коллагены холодолюбивых организмов обладают малой стабилизацией молекулы за счет энергии внутримолекулярных взаимодействий.

Полученные результаты объясняют известный биологический феномен: южная граница ареала обитания у холоднокровных очень резкая по широте, а теплолюбивые виды имеют более размытые как южные, так и северные границы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Впервые проведено систематическое исследование тепловой денатурации коллагенов рыб и земноводных с различной температурой обитания

2. Показано, что, в отличие от глобулярных белков, плавление коллагенов не сопровождается существенным скачком теплоемкости, а зависимость

энтальпии денатурации от температуры денатурации характеризуется отрицательной производной. Это объясняется особенностями гидратации нативных и денатурированных форм фибриллярных и глобулярных макромолекул.

3. В щелочной области для коллагенов кожи окуня и карпа обнаружено расщепление пика теплопоглощения, что обусловлено наличием доменной структуры, связанной с неоднородным распределением положительных и отрицательных зарядов вдоль макромолекулы.

4. Установлена роль энтальпийного фактора в стабилизации теплолюбивых видов в сравнении с холодолюбивыми.

5. Показана роль распределения отрицательных зарядов в приспособлении коллагенов к условиям солености среды обитания.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. Юсин Д.Ю. Термодинамические особенности плавления коллагена.// Международная конференция студентов и аспирантов по физическим наукам "Ломоносов 96". Секция физики. Сборник тезисов. Физический факультет МГУ, 1996, с. 193.

2. Юсин Д.Ю. Исследование термодинамики плавления коллагенов из кожи рыб и земноводных.// Международная конференция студентов и аспирантов по физическим наукам "Ломоносов 97". Секция физики. Сборник тезисов. Физический факультет МГУ, 1997, с. 171.

3. Юсин Д.Ю., Андреева А.П., Лобышев В.И. Термостабильность коллагенов рыб из разных ареалов и процессы фибриллогенеза. // Биофизика, 1997, т.42, вып.З, с. 751.

4. Юсин Д.Ю., Андреева А.П., Лобышев В.И. Связь термодинамики плавления коллагенов холоднокровных животных с температурой и соленостью среды обитания. // Биофизика, 1998 (в печати).