Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Расчет трехмерной структуры и физических характеристик фибриллярных коллагенов человека I, II, III, V и XI типов

ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Расчет трехмерной структуры и физических характеристик фибриллярных коллагенов человека I, II, III, V и XI типов"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Московский Ордена Трудового Красного Знамени Физико-Технический Институт

(Государственный университет)

На правах рукопиа УДК 577.322.-

ФИЛАТОВ Иван Васильевич

Расчет трехмерной структуры и физических характеристик фибриллярных коллагенов человека I, II, III, V и XI типов.

03.00.02-биофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 2006

Работа выполнена на кафедре молекулярной биофизики факультета молекулярной и биологической физики Московского физико-технического института (Государственного университета), в Институте молекулярной биологии им. В.А. Эигельгардта РАН.

Научные руководители: доктор физико-математических наук,

профессор Туманян Владимир Гайевич;

кандидат физико-математических наук Мильчевский Юрий Викторович.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Лобышев Валентин Иванович;

кандидат физико-математических наук Тиктопуло Елизавета Игнатьевна;

Ведущая организация: Институт теоретической и экспериментальной

биофизики РАИ

Защита диссертации состоится «18» октября 2006 года в 10.00 часов на заседании диссертационного совета К 212.156.03 при Московском физико-техническом институте (Государственном университете), по адресу 141700, Московская область, г. Долгопрудный, Институтский переулок, 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского физико-технического института (Государственного университета).

Автореферат разослан «16» сентября 2006 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат физико-математических наук

Брагин В.Е.

Общая характеристика работы

.ктуальность проблемы

Выдающиеся успехи биологии второй половины двадцатого века обеспечили нас вниманием того, как устроены глобулярные белки и как их пространственная структура, ряде случаев известная с атомным разрешением, связана с их ролью в генезе иологических структур и их функционированием. Подобных успехов в исследованиях гроения фибриллярных белков нет (за исключением, быть может, коротких а-спираль-ых белков, типа тропомиозина или фрагментов 1-мёромиозина, которые в клетке перемелются во время своего функционирования и, соответственно, входят в различного типа олибелковые комплексы, а поэтому их кристаллизация имеет смысл). Фибриллярные елки, как ясно из их определения, функционируют в виде макроскопических, олокнистых образований. Не известны структуры промежуточных форм и, прежде всего, труктуры одиночных молекул в том их виде, в котором они вступают в длительный (в вязи с большим размером молекул) процесс своего фибриллогенеза. К настоящему ремени уже хорошо известно, что при фибриллогенезе отдельных белков паутины, в [астности спидроинов, конечная р-структурная форма полипептидной цепи белков в олокне возникает на достаточно развитом этапе комплексообразования различных ¡елков волокна в целом. Отдельные молекулы спидроинов в растворе образуют подобные лобулярным белкам структуры, причем характеристики вторичных структур, полученные ю данным кругового дихроизма и других спектральных методов, включая метод ЯМР в >астворе, показывают, что (3-структура находится в исходном одиночном белке в ледовых количествах. Эти структуры демонстрируют, что рентгенография и другие 1кспериментальные исследования фибрилл могут вводить в заблуждение относительно ого строения одиночной молекулы, в котором она пребывает в тех компартментах тетки, где протекают начальные стадии фибриллогенеза.

Еще менее, чем сложное строение паутины, изучены детали молекулярного ¡троения важнейшего фибриллярного белка — коллагена, хотя, казалось бы* анализу отдельных макромолекул различных коллагеновых белков посвящены сотни работ.

Коллагены — основные белки предохранительных, опорных и соединительных тканей в организмах животных. Они встречаются также во всем таксономическом ряду )рганизмов от одноклеточных бактерий, до организмов беспозвоночных и позвоночных кивотных, аналоги коллагенов замечены в царстве растений. В структурном отношении >то большой класс белков, включающих значительную фибриллярную часть, сформированную тройными спиралями, образованными специфическими периодическими последовательностями типа (С1у-Х-У)„, где в1у - глицин, а X и У любой эстаток амино- или иминокислоты, причем содержание последних достигает 15-20% процентов. В последнее время круг уровней организации, на которых фибриллярные структуры коллагенового типа оказываются функционально значимыми, резко

расширился. Во-первых, стало ясным, что малые по размеру тройные спирали коллагенового типа имеются в ряде функционально значимых глобулярных белках, как, например, в ацетилхолинэстеразе, или Cql комплемента. Стало очевидным, что функциональная роль поверхностей тройных спиралей коллагенового типа разнообразна и простирается от уровня макромолекул, через уровень клеток на уровень тканей. Так же ясно, что не только надмолекулярный уровень организации тройной спирали коллагенового типа важен для функционирования, но поверхность одиночной тройной спирали оказалась активной в ряде функций. Поэтому представляется актуальным анализ возможных конформационных состояний пространственной структуры одиночной трехспиральной молекулы коллагена. Обратим внимание, что генезис самой тройной спирали и ее дальнейшее включение в фибриллу до сих пор не рассматривались в аспекте возможных изменений параметров тройной спирали в одиночных и надмолекулярных состояниях. Это означает, что совершенно не обязательно те усредненные структурные параметры спирали, которые мы знаем по рентгенограммам коллагеновых фибрилл, будут генерироваться в целой одиночной тройной спирали. Таким образом, анализ одиночных молекул фибриллярных элементов коллагена до сих пор представляет существенный интерес как для понимания структурных основ функционирования рецепторных элементов пространственной структуры, так и для построения моделей «созревания» коллагеновых фибрилл. Так как способов экспериментального анализа пространственной структуры одиночных молекул в растворе для случая коллагена, содержащего в фибриллярной форме на 100% спирали типа поли-L-пролин II, не существует, единственным способом исследования пространственных структур является их расчет. Облегчающим моментом является существование большого числа низкомолекулярных соединений коллагенового типа, конформации которых получены методом рентгеноструктурного анализа и могут, поэтому, быть критерием оценки качества расчетов.

Цели исследования

Цель настоящего исследования заключалась в развитии методов молекулярной механики для расчетов структур одиночных фибриллярных макромолекул и их комплексов, а также адаптации известных методов и программ для минимизации конформаций боковых радикалов к расчетам структур макромолекул коллагенов I, II, III, V и XI типов. В задачи данной работы входило:

установление пространственной структуры одиночных макромолекул коллагенов пяти разных типов на основании априорного расчета трехмерной структуры по последовательности аминокислот с использованием методов молекулярной механики и множественного статистического дискриминантного анализа;

анализ типов спиральных структур, определяемых различными мотивами аминокислотных последовательностей;

расчеты модуля Юнга и персистентной длины для сопоставления локальной и глобальной стабильности расчетных структур с целью установления их роли в процессах фибриллогенеза и дифференцировки.

Научная новизна работы

Впервые развит метод расчета целых фибриллярных макромолекул коллагена на основе методов конформационного анализа объектов пептидной природы. Особенностью разработанного варианта является использование редуцированной библиотеки конформеров боковых радикалов аминокислот, что позволило провести полную оптимизацию конформаций не только остова полипептидной цепи белков, но и всего ансамбля фрагментов, описывающих макромолекулу в целом. Впервые получены хорошо оптимизированные данные об участках стыковки трипептидов с пролином во втором положении триплетов и аминокислотой во втором положении. Продемонстрировано, что изменения стереохимических характеристик структуры в областях таких стыковок не больше, чем изменения спиральных параметров при переходе от областей с последовательностью ГАА к областям с последовательностью ГАО.

Это позволило впервые рассчитать структуры одиночных молекул коллагенов пяти разных типов и сравнить их стереохимические характеристики, что позволяет сделать выводы не только о роли отдельных аминокислот в структуре белка, но и в некоторых случаях понять, как важна специфика последовательности аминокислот для его функции.

В ходе работы применен специальный метод расчета спиральных параметров для молекул, не обладающих строгой спиральной симметрией, что дает возможность рассчитывать дифракционные картины, а следовательно, сравнивать расчетные и рентгенографические данные, сколь бы усредненными они ни были.

Проведен полный стереохимический анализ полученной структуры. Показано, что при отсутствии дополнительных начальных условий в любой части коллагеновой молекуль1 генерируется трехспиральная структура с симметрией, соответствующей типу симметрии дифракционной картины коллагена. Таким образом, рассчитанная структура удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым рентгенографическими экспериментами.

На примере пяти фибриллярных структур полностью обоснована двусвязная модель структуры коллагена. Показано, что во всех полных структурах коллагенов СО-группы остатка глицина и третьего по цепи остатка находятся на поверхности тройного комплекса макромолекулы коллагена и симметрически эквивалентны друг другу. Это определяет независимость гидратации макромолекулы коллагена от последовательности аминокислот, т.е. объясняет фундаментальный факт ткане-, а не видоспецифичности гидратации коллагенов разного типа и разного происхождения.

Впервые проведен аналитический расчет модуля Юнга для фибриллярных макромолекул. Создана программа расчетов применительно к фибриллярным системам

различного типа. Развиты подходы к расчету персистентной длины фибриллярных макромолекул. Впервые установлена персистентная длина макромолекулы коллагена и показано, что она существенно превышает длину макромолекулы. Таким образом, структура одиночной макромолекулы коллагена определяет ход фибриллогенеза, а действующим фактором оказывается распределение параметров спирали вдоль макромолекулы.

j

Практическое значение работы.

Впервые рассчитаны структуры, содержащие последовательности аминокислот, приводящие к патологиям соединительной ткани и тяжелым клиническим последствиям. Показано, что жесткость отдельных макромолекул определяет возможность их участия в процессах фибриллогенеза коллагена как структурообразующих факторов. Таким образом, патология соединительной ткани, возникающая вследствие мутагенеза коллагена, оказывается примером типичного молекулярного заболевания.

Установлены отличия возможных дефектов процессов фибриллогенеза при различных точечных мутациях в коллагенах человека. Разработанные подходы позволяют предсказывать типы возможных дефектов коллагеновых фибрилл при различных мутациях, в том числе и неточечных.

Апробация работы и публикации

Основные результаты диссертации были представлены на Международной конференции по биоинформатике регуляции и структуры генома (BGRS'04), на III съезде биофизиков России (Воронеж, 2004), Московской конференции по компьютерной молекулярной биологии (МССМВ'05).

По материалам диссертации опубликовано семь печатных работ.

Структура и диссертации

Диссертация изложена на 103-х страницах, содержит 38 рисунков, 21 таблицу, список литературы включает 91 библиографическую ссылку. Диссертация содержит введение, пять глав, выводы, список цитированной литературы и приложение.

Краткое содержание работы

Введение

Во Введении обоснована актуальность темы диссертации, ее научная новизна и практическая значимость, приведены положения, выносимые на защиту.

Первая глава. Обзор литературы.

В обзоре литературы детально рассматриваются данные о структуре и физико-химических свойствах коллагенов разных типов и из разных источников. Подробно описываются представления о структуре коллагеновой макромолекулы и факторов ее стабилизации, сложившиеся на основе рентгенографических и косвенных физико-химических данных. Особое внимание уделено критическому рассмотрению данных о структуре низкомолекулярных моделей трехспиральных макромолекул коллагенов, данных о модельных расчетах структур полимеров, изоморфных коллагену. Детально описываются методы и подходы к расчетам молекулярных структур. При этом особое внимание уделяется оценке и критериям выбора силового поля при том или ином из подходов. Рассматриваются литературные данные о физических свойствах коллагенов и их проявлениях в различных структурах. Рассматриваются сведения о роли одиночных макромолекул в генезе соединительно-тканных фибрилл.

Рассмотрение литературных данных позволяет констатировать существенный прогресс, произошедший в развитии исследований структур коллагенового типа. Прежде всего — это осознание исследователями в области молекулярной биологии клетки важной функциональной роли коллагеновых структур в биологии клеточных процессов и процессов морфогенеза. Во-вторых - это осознание того факта, что нам до сих пор не известна пространственная структура коллагеновых макромолекул, не говоря уже о микрофибриллах, а это знание необходимо не только в фундаментальных областях, но и в медицине и промышленности. Прекрасные работы по структуре фрагментов коллагеновых молекул, проведенные методами рентгеноструктурного анализа кристаллов и рентгенографии волокон, позволили сравнивать расчетные и экспериментальные данные. Проделанные расчеты и экспериментальные данные позволили объяснить ряд физико-химических и структурных свойств и найти области существования нативных конформаций коллагена. Тем не менее до сих пор не удалось провести уточнения конформаций боковых радикалов аминокислот, а это, в свою очередь, не позволяет получить количественного объяснения зависимости термостабильности коллагенов от состава и последовательности аминокислот. Не удается также отличить параметры гидратации коллагена, связанные с остовом полипептидной цепи и отдельными аминокислотными остатками.

Рассмотрение литературных данных показывает, что необходимо дальнейшее развитие методов конформационного анализа для расчетов структур целых фибриллярных макромолекул и их комплексов, а также важно проведение адаптации известных методов и программ к расчетам структур макромолекул коллагенов методами молекулярной механики с использованием современных силовых полей.

Вторая глава. Материалы и методы

Выбор начального приближения конформации главной цепи.

Обоснован выбор начального приближения конформации атомов главной цепи, что является существенным моментом при построении и оптимизации по энергии молекулы коллагена. Моделирование проведено в среде ICM 2.8.164.

В.Г.Туманяном и соавт. были определены возможные конформации главной цепи для структур (GPO)„ и (GAO)„. С целью их анализа, нами был проведен конформационный расчет тройных комплексов (GPO)g, (GAO)g и (GAA)g, каждый из которых был рассчитан в двух вариантах начального приближения главной цепи. Из полученных результатов (см. таблицу 1) видно, что в качестве универсального начального приближения для главной цепи коллагена наиболее подходящей является конформация комплекса (GPO)n. Эта конформация главной цепи позволяет находиться во втором положении трипептида как имино-, так и аминокислоте, тогда как конформация типа (GAO),, является непригодной для структур, содержащих во втором положении иминокислоту.

Энергии конформаций олиготрипептидов, рассчитанных из различных _начальных приближений._

Начальные приближения для конформации главной цепи тройного комплекса,

(GPO)„ (GAO)n

Компоненты энергии полученных структур, (ккал/моль) использованные для конформационного расчета тройных комплексов

(GPO)g (GAO)g (GAA)g (GPO)g (GAO)g (GAA)g

Ван-дер-Ваальс -519.6 -378.6 -349.4 -412.4 -426.7 -340.0

Водородные связи -17.9 -18.9 -20.6 -8.3 -41.1 -39.6

Деформация торсионных углов 255.7 146.8 25.1 308.1 212.0 51.8

Деформация валентных углов 142.4 87.2 27.7 167.3 87.0 24.5

Деформация фазовых углов 6.5 11.6 0.0 16.8 10.8 0.0

Электростатика 59.3 66.4 64.0 69.4 62.6 66.5

полная энергия -73.7 -85.6 -253.2 140.9 -95.4 -236.8

Средние значения расстояний между атомами азота и кислорода (см. таблицу 2), образующими водородную связь, в обоих случаях оказываются близкими. Однако, угол HNO в случае начального приближения (GAO)„ оказывается существенно меньшим, чем в случае начального приближения (GPO)„. Учитывая, что в использованном для вычисления энергии силовом поле ЕСЕРР/3 энергия водородной связи определена как функция

расстояния О-Н, близких по длине

Таблица 2.

становится понятным, почему в данном случае вычисленные энергии N-0 водородных связей оказываются столь различными.

Параметры водородных связей структур олиготрипептидов,

Параметры водородных связей Начальные приближения для конформации главной цепи тройного комплекса,

(GPO)n (GAO)n

использованные для конформационного расчета тройных комплексов

(GPO)8 (GAO)g (GAA)8 (GPO)8 (GAO)g (GAA)g

Среднее расстояние NO в первой сетке водородных связей,А 3,02 2,92 2,92 3,21 2,84 2,85

среднее значение угла HNO в первой сетке водородных связей, град. 21,6 45,3 44,4 23,1 23,5 21,7

Среднее расстояние NO во второй сетке водородных связей, А - 3,10 3,1 - 3,14 3,19

среднее значение угла HNO во второй сетке водородных связей, град. - 32,7 29,7 - 19,9 21,4

Определение минимальной длины, пригодной для адекватного расчета трехспиральных макромолекул коллагена.

Показано, что при длине расчетного тройного коллагенового комплекса, не меньшей, чем восемь трипептидов, конформации пары центральных трипептидов искажаются вследствие влияния концевых эффектов незначительно. Для определения минимальной длины были рассчитаны тройные комплексы (ОАА)г, (ОАА)з, ..., (ОАА)ю и (0АА)15. Комплекс (ОАА)и был использован в качестве эталонного, с которым сравнивали остальные структуры.

длина расчетного комплекса, число трипептидов

Рис. 1. Влияние концевых эффектов на геометрические характеристики политрипептидных фрагментов коллагена. Сравнение координат атомов рассчитанных структур олиготрипептидов различной длины.

На графике (Рис. 1) представлены значения средних квадратичных отклонений атомов координат центрального трипептида расчетного комплекса от координат атомов эталонной структуры (GAA)„ в зависимости от длины расчетного комплекса. При длине расчетного комплекса, большей шести трипептидов, среднее квадратичное отклонение координат атомов центрального трипептида рассчитанной молекулы от эталонной структуры оказывается меньшим, чем 10'3 À, и дальнейшее увеличение длины расчетного фрагмента не приводит к их изменению, а следовательно, к увеличению точности.

Редукция библиотеки конформаций боковых радикалов.

Разработанные к настоящему времени библиотеки конформаций боковых радикалов обладают существенной избыточностью. Так, например, для лизина в использованной нами библиотеке содержится 185 структур, тогда как существенно различающихся структур значительно меньше. Таким образом, при оптимизации конформаций боковых радикалов в белках возникает необходимость предварительного отбора начальных приближений из наиболее различающихся структур.

Нами построена редуцированная библиотека конформаций боковых радикалов, использование которой позволяет без существенного уменьшения точности конформационных расчетов на несколько порядков сократить вычислительную сложность задачи выбора начального приближения для конформаций боковых радикалов. Мерой сходства двух конформаций бокового радикала аминокислотного остатка была выбрана величина, равная единице, деленной на сумму расстояний между одноименными атомами.

В результате, чем меньше величина «меры», тем сильнее различаются сравниваемые структуры.

Из библиотеки конформаций боковых радикалов для каждого аминокислотного остатка была сделана выборка, в которой каждая последующая конформация обладала минимальной суммой мер сходства со всеми предшествующими. На примере лизина (см. рис. 2, 3) видно, что подобный подход позволяет существенно сократить число перебираемых начальных приближений. В выборке, построенной по описанным критериям и содержащей всего десять конформаций (из возможных 185), содержится близкая конформация к любой из исходного множества.

Рис. 2. Выборка начальных приближений из Рис. 3. Выборка начальных приближений

Метод расчета фрагментов трехспиральных макромолекул коллагена.

Разработан унифицированный алгоритм расчета фрагментов тройных комплексов

Процедура расчета состоит из шести этапов. На первом этапе с помощью конструктора белковых молекул программы ГСМ собираются три полипептидные цепи, последовательность которых соответствует последовательности рассчитываемого тройного коллагенового комплекса. На втором этапе проводится фазировка начальных участков цепей друг относительно друга. Конформация каждой из трех цепей устанавливается в соответствии с выбранным начальным приближением. Проводится анализ последовательности и определяются участки тройного комплекса, в зависимости от расстояний между которыми впоследствии будет вычисляться штрафная функция -добавочный член полной конформационной энергии, обеспечивающий в ходе последующей оптимизации структуры тройного комплекса по энергии соответствие рассчитываемой структуры выбранной модели сетки межцепочечных водородных связей.

185 структур.

из 10 структур.

коллагеновых молекул для различных типов коллагенов.

На третьем этапе проводится выбор начального приближения конформации боковых радикалов из редуцированной библиотеки ротамеров, обеспечивающий отсутствие стерических конфликтов с участием атомов боковых радикалов. Оптимизация по энергии на этом этапе не производится. Во время четвертого этапа осуществляется оптимизация построенного начального приближения по энергии. На пятом этапе выполняется оптимизация по энергии конформаций боковых радикалов с перебором комбинаций различных начальных приближений, в соответствии с используемой библиотекой конформаций боковых радикалов.

Заключительный, шестой этап, состоит в окончательной оптимизации по энергии структуры рассчитываемого тройного коллагенового комплекса.

Глава третья. Расчет фрагментов макромолекул коллагенов

В рамках этой главы детально описываются расчеты отдельных фрагментов

Рис. 4а. Рис. 46.

Примеры рассчитанных фрагментов (GFOGAOGQNGEOGGKGERGAOGEK)3

коллагена III человека. v

(GETGPQGPOGPTGPGGDKGDTGPO)3

Сборка полной молекулы коллагена из рассчитанных фрагментов тройных комплексов.

По рассчитанным фрагментам тройных комплексов было построено начальное приближение для конформации главной цепи целой молекулы коллагена, с последующей ее оптимизацией по энергии и уточнением конформаций боковых радикалов. Как было показано выше, при длине фрагмента, не меньшей восьми трипептидов, конформация центральной пары трипептидов определяется лишь последовательностью аминокислотных остатков фрагмента. Таким образом, имея в наличии пары фрагментов, 1 и ¡+1, таких, что последовательность ьго фрагмента с 2-го по 8-ой трипептид идентична участку последовательности с 1-го по 7-ой трипептид ¡+1-го фрагмента, удается построить хорошее начальное приближение для расчета нового фрагмента, длина которого на один триплет больше, чем длина каждого из использованных фрагментов. Применив такую процедуру последовательно ко всему ансамблю фрагментов, описывающих молекулу коллагена, удается получить начальное приближение для анализа конформации главной цепи целой коллагеновой молекулы.

В последствии проводилась оптимизация по энергии конформаций боковых радикалов, а также оптимизация конформации всей молекулы в целом.

Рис. 5. Рассчитанная структура полной макромолекулы коллагена III человека.

Рис. б. Рассчитанная структура полной макромолекулы коллагена V человека.

Глава четвертая. Анализ стсреохимическнх особенностей трехмерных структур коллагенов. Расчет физических характеристик тройных комплексов.

Вычисление спиральных параметров

Первое рассмотрение трехмерных структур показывает, что все они — и фрагменты и целые молекулы - не являются гладкими спиралями, причем видимое изменение форм может происходить и в пределах небольших фрагментов. Поэтому мы разработали геометрический метод характеристики стереохимии молекул и их частей.

Спиральными параметрами мы назвали два числа: величину сдвига вдоль оси спирали при переходе от одной асимметричной единице к следующей (И) и соответствующий поворот при переходе между этими спиральными единицами (0. Для нахождения спиральных параметров определяем направляющий вектор д вдоль оси

спирали через вектора а, и Ьх, образованные атомами одной асимметричной единицы и вектора аг и Ь2, образованные соответствующими атомами следующей асимметричной единицы. Вектор а имеет начало на атоме N и конец на атоме Са, а вектор Ъ начало на атоме Са и конец на карбоксиле глицина. В регулярной спирали углы, образованные векторами ц, а, и ц, Ьх, равны углам, образованным векторами д, а2 и ^, Ьг, соответственно.

Из равенства углов, в силу |а,| = |а2| и |б,| = [б2|, следует равенство скалярных произведений (д'31)=(д-а2) и Записав в координатном представлении, и

добавив условие единичной длины вектора #, получим систему трех уравнений с тремя неизвестными:

а\Ах + а\уЧу + а^Чг = аг*Чх + <*гуЧу + <*г,Чг»

КЧХ + Ь1уду +Ьид, = Ь2хдх + Ь2уду + Ъ2гд,, чгх+ч2у + ч1= 1.

Обозначим

I <*хх~агх )

{ъи-ъгх)+ъгг-ъК1 .

г - »~д»2

--

Опуская промежуточные выкладки, получаем:

ч1 = 1-ч\-<£*

Чг

С,2'+ С22 +

С,+С2 +

С,2

''С! (°2х - Д1, ) ■+ С2 (°2,У - ) V

в|х_в2<

Т.е., зная координаты соответствующих трех атомов в двух соседних асимметричных единицах, мы получили компоненты единичного вектора в направлении оси спирали.

В силу имеющихся нерегулярностей в структуре спирали, точность нахождения направления оси спирали по двум асимметричным единицам оказывается недостаточной для надежного вычисления спиральных параметров. Для уменьшения ошибки при нахождении вектора направления оси спирали вышеизложенная процедура применялась ко всем парам соседних асимметричных единиц в некотором «окне» с последующим усреднением. Величину сдвига А вдоль оси спирали, при переходе к следующей асимметричной единице можно записать, используя единичный вектор направления оси спирали ^, как

л-{(Я-,-Я.)-«.

где - вектор, имеющий начало на атоме азота текущей асимметричной

единицы, конец - на атоме азота следующей. Угол / поворота при переходе между этими асимметричными единицами равен:

(= агссо/^**'^*^

Величины Г и Л, вычисленные для каждой пары соседних асимметричных единиц, усреднялись, и, полученные значения далее называли спиральными параметрами, определяющими переход от одного трипептида к следующему. Спиральными параметрами, характеризующими одну цепь коллагена, будем называть усредненные величины Г и Л, полученные для асимметричных единиц одной цепи. Спиральными параметрами, характеризующими тройной комплекс коллагена, будем называть средние значения спиральных параметров, полученные для асимметричных единиц из разных цепей.

Для всех рассчитанных коллагеновых макромолекул были вычислены спиральные параметры. Картины распределения спиральных параметров вдоль оси макромолекулы, по существу - угла симметрического преобразования при переходе от одной асимметричной единицы к другой, представлены на четырех последующих рисунках

о

Рис. 7. Распределение углов переходов между асимметричными единицами вдоль оси

спирали молекулы коллагена I человека.

£

со 30 I I I I-1 '-

0 200 400 600 800 1000

№ аминокислоты

Рис. 8. Распределение углов переходов между асимметричными единицами вдоль оси

спирали молекулы коллагена II человека.

Рис. 9. Распределение углов переходов между асимметричными единицами вдоль оси

спирали молекулы коллагена III человека.

о 65

1 30

0 200 400 600 800 1000

№ аминокислоты

Рис. 10. Распределение углов переходов между асимметричными единицами вдоль оси

спирали молекулы коллагена V человека.

Показано, что во всех типах коллагенов спиральные параметры варьируют вдоль молекулы, однако распределение параметров, определяемое последовательностью аминокислот, отличается в разных типах коллагенов, что позволяет сделать вывод о различных адсорбирующих свойствах поверхностей макромолекул различных типов и этим объяснить разницу в их функциональных характеристиках. Отметим вариации не только углов поворота, но и проекций остатков на ось спирали. Наиболее значимой представляется тенденция к различию проекций остатков на ось спиралей на участках с пролином во вторых положениях и аминокислотой во вторых положениях в триплетах аминокислот. Обращает на себя внимание факт, что проекции остатков на ось спирали в гомополитрипептидах отличаются от тех значений, которые участки этих

последовательностей приобретают в коллагенах. Однако во всех случаях в триплетах с пролином проекции остатков на ось спирали меньше, чем без него.

Оценка модуля Юнга и персистентной длины фибриллярных макромолекул.

Вариации параметров спирали побудили нас проанализировать степень жесткости поддержания молекулярных параметров макромолекулы. Для этого мы предприняли исследование персистентной длины макромолекул коллагена, а в качестве показателя жесткости использовали модуля Юнга. Помимо оценки достоверности различий в рельефе поверхности, это оказалось важным для установления степени устойчивости параметров молекулы в процессах фибриллогенеза.

Для растяжения стержня, сделанного из материала с модулем Юнга Е, сечением 5 и длиной /0 на величину / потребуется затратить энергию 1}, равную:

Отождествим энергию деформации с энергией взаимодействий атомов в макромолекуле, вычисленной методами молекулярной механики.

Для оценки модуля Юнга при помощи программы 1СМ путем добавления к полной конформационной энергии молекулы штрафной функции, зависящей от расстояния между ее концами, и последующей оптимизации структуры по энергии с учетом этой штрафной функции, были получены ансамбли структур с разной степенью изменения первоначальной длины молекулы. Механическим аналогом добавления к полной конформационной энергии штрафной функции (как квадрат зависящей от изменения длины молекулы) с хорошей точностью является сила, приложенная к концам молекулы. При малых деформациях изменение конформационной энергии квадратично зависит от степени сжатия/растяжения. Таким образом, модуль Юнга Е выражается так:

где /0 - длина молекулы в направлении деформации, V - объем молекулы,

С - коэффициент при /2 в разложении в ряд Тейлора конформационной энергии (/(/).

При верификации предложенной процедуры оценки модуля Юнга и персистентной длины был использован детально изученный экспериментально объект - ДНК. Персистентная длина Ь, определялась как:

где 1Г и 1г - моменты инерции относительно двух взаимно перпендикулярных направлений к оси молекулы. Она оказалась близкой к экспериментально определенной.

V

¿ =

2 ягЕ( 1 1

Таким образом при проведении этих расчетов была показана применимость данного метода к анализу механических параметров макромолекул.

Рассматривая трехспиральную макромолекулу коллагена как упругий стержень, мы оценили модуль Юнга для коллагеновых молекул разного состава. Расчеты персистентных длин показали, что для молекул разных типов всегда персистентная длина существенно больше размеров молекул, т.е. это означает, что обнаруженные в расчетах тонкие различия в элементах архитектуры макромолекулы имеют физический смысл.

Глава пятая. Обсуждение результатов.

При обсуждении , результатов во-первых отметим практическое совпадение структуры расчетного фрагмента и соответствующего ему по последовательности олиготрипептида, структура которого установлена методом рентгеноструктуриого анализа (1Ьку). На рис. 11 это сходство структур продемонстрировано.

Рис. 11. Совмещение двух структур: 1ВКУ(рентгеноструктурный анализ) и та же

структура, полученная нами расчетным путем.

Проведен исчерпывающий стереохимический анализ полученной в результате расчетов структуры. Показано, что при отсутствии дополнительных начальных условий в любой части коллагеновой молекулы генерируется трсхспиральная структура с симметрией, соответствующей симметрии дифракционной картины коллагена. Таким

образом, рассчитанная структура удовлетворяет требованиям, предъявляемым рентгенографическими экспериментами. Впервые на гомополитрипептидах удалось получить спиральные параметры, близкие к определяемым экспериментально, причем это характерно и для фрагментов с аминокислотой во вторых положениях триплетов аминокислот. Отметим, что, как и в эксперименте, прежде всего именно проекции остатков на ось спирали на участках, содержащих иминокислоты, в целых коллагенах в среднем длиннее, чем в гомополитрипептидах.

63 65 67 69 71 73 75 Длина молекулы, А

66 68 70 72 74 76 78 80 Длина молекулы, А

Рис. 12. Зависимость энергии межатомных Рис. 13. Зависимость энергии межатомных взаимодействий в олиготрипептиде с взаимодействий в олиготрипептиде с последовательностью (СРО)в от длины последовательностью (ОАО)8 от длины

молекулы.

молекулы.

Рис. 14. Зависимость энергии межатомных взаимодействий в олиготрипептиде с последовательностью (ОАА)в от длины молекулы.

70 72 74 76 78 80 82 84 Длина молекулы, А

С точки зрения процедуры нахождения структуры по минимуму энергии это выглядит как очевидное противоречие. На рис. 12, 13, 14 показана зависимость энергии межатомных взаимодействий в трехцепных макромолекулах с разной последовательностью во-вторых и третьих положениях трипептидов от длины макромолекулы. Видно, что существует минимум при растягивании молекулы. Это

означает, что под влиянием растянутых форм участков ГАА будут подвержены растяжению и участки с пролином. При этом последние попадают в свой локальный минимум, соответствующий растянутому состоянию.

Методами молекулярной механики впервые рассчитаны структуры трехспиральных макромолекул коллагенов разных типов с процедурой минимизации боковых радикалов. Это позволило установить сложную по сути зависимость структуры поверхности одиночных макромолекул коллагенов от последовательности аминокислот, что объясняет различные рецепторные свойства различных участков макромолекулы.

В ходе работы применен специально разработанный метод расчета спиральных параметров для молекул, не обладающих строгой спиральной симметрией, что даст возможность практически для всех фибриллярных макромолекул рассчитывать дифракционные картины, а, следовательно, сравнивать расчетные и рентгенографические

данные, сколь бы усредненными они ни были.

Установлено, что последовательность аминокислот, не изменяя типа симметрии спирали, определяет чередование вдоль цепи участков с одной и двумя водородными связями на трипептид. При этом водородные связи и в первом и во втором случаях имеют СО-группу второго остатка в качестве акцептора Н-связи, ЫН-группу глицина в качестве первого донора протона. В случае, если вторым остатком в триплетах гли-х-у является аминокислота, у СО-группы второго остатка появляется второй, соединенный с ним донор - ЫН-группа второй аминокислоты соседней, второй цепи.

Таким образом, была обоснована двусвязная модель структуры коллагена и нашли объяснение многочисленные физико-химические данные, прежде всего данные о роли тройной спирали в дополнительной стабилизации участков пространственной структуры коллагенов без пролинов во вторых положениях триплетов аминокислот.

Установлено периодическое распределение параметров спирали вдоль макромолекулы коллагена (рис. 15), что показывает направление сборки макромолекул в фибриллу.

Рис. 15. Распределение периодов параметров спирали вдоль макромолекулы коллагена.

выводы

1. Рассчитаны полные пространственные структуры трехспиральных макромолекул коллагенов человека I, II, III, V и XI типов с оптимизацией конформаций боковых радикалов. Расчет проведен специально развитым методом молекулярной механики, включающим разработанный метод анализа спиральных параметров для молекул, не обладающих строгой спиральной симметрией.

2. Разработан метод редукции набора конформаций боковых радикалов из библиотек ротамеров, позволяющий существенно сократить вычислительную сложность задачи нахождения оптимальной конформации боковых радикалов. Показана асимптотическая эквивалентность различных подмножеств, полученных методом редукции полной библиотеки конформаций боковых радикалов.

3. Установлено, что последовательность аминокислот, не изменяя типа симметрии спирали, определяет чередование вдоль цепи участков с одной или двумя водородными связями на трипептид. При этом вторая сетка водородных связей всегда образуется на участках с аминокислотой во втором положении триплета. Таким образом, доказана пригодность двусвязной модели для описания структуры коллагена.

4. Показано, что СО-группы остатка глицина и третьего по цепи остатка находятся на поверхности тройного комплекса макромолекулы коллагена и симметрически эквивалентны друг другу. Это определяет независимость гидратации макромолекулы коллагена от последовательности аминокислот, т.е. объясняет фундаментальный факт ткане-, а не видоспецифичности гидратации коллагенов разного типа и разного происхождения.

5. Рассчитаны параметры спиралей для пяти типов коллагенов. Показана негладкость распределения параметров спиралей вдоль оси макромолекул и периодичность, соответствующая периодичностям в последовательности аминокислот, что свидетельствует о различном сродстве участков одиночных макромолекул друг к другу. Различия в периодичностях распределения спиральных параметров в разных типах коллагенов свидетельствуют о различных формах фибриллогенеза в них.

6. Проведена оценка модуля Юнга и персистентной длины для структур коллагенового типа. Показано, что персистентная длина коллагена существенно больше размера макромолекулы, что позволяет сделать вывод об участии недеформированных макромолекул коллагена в фибриллогенезе, что подчеркивает одновременную роль негладкости и периодичности распределения параметров спирали в определении типа фибриллогенеза.

7. Обнаружен глобальный минимум конформационной энергии, возникающий при растяжении трехспиральных макромолекул. При этом величины проекции остатков на оси спиралей становятся ближе к данным рентгенографических исследований коллагенов различного происхождения. Это позволяет предположить существование механизма растягивания макромолекул коллагена в клетке.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1. И.В. Филатов, Ю.В. Мильчевский, Н.Г. Есипова, В.Г. Туманян. Расчет структуры фрагментов молекулы коллагена. Биофизика, 2004, том 49, вып. 6, с. 1047-1052.

2. И.В. Филатов, Ю.В. Мильчевский, Н.Г. Есипова, В.Г. Туманян. К проблеме анализа конформаций боковых радикалов в методах молекулярной механики. О возможностях редукции библиотеки конформаций боковых радикалов для а-спиральных белков. Биофизика, 2004, том 49, вып. 6, с. 1144-1146.

3. С.Р. Амирова, Ю.В. Мильчевский, И.В. Филатов, Н.Г. Есипова, В.Г. Туманян. Исследования (J-изгибов в глобулярных белках. Биофизика, 2005, том 50, вып. 6, с. 11501152.

4. Filatov I.V., Milchevsky Ju.V., Esipova N.G., Tumanyan V.G. Computation of the three dimensional structure of the human type (III) collagen, International Conference On Bioinformatics Of Genome Regulation And Structure, Новосибирск, 2004, P. 262.

5. Amirova S.R., Machavariani M.A., Filatov I.V., Milchevsky Ju.V., Esipova N.G., Tumanyan V.G. Combined approach to protein secondary structure prediction, International Conference On Bioinformatics Of Genome Regulation And Structure, Новосибирск, 2004, P. 231.

6. Филатов И.В., Мильчевский Ю.В., Опарина Н.Ю., Туманян В.Г., Есипова Н.Г., расчет трехмерной структуры молекулы коллагена III человека, III съезде биофизиков России, Воронеж, 2004, с. 133.

7. Filatov I.V., Milchevsky Ju.V., Esipova N.G., Tumanyan V.G., Refinement and Analysis of Three-Dimensional Structure of Human Collagen types II and III, Moscow Conference on Computational Molecular Biology, Москва, 2005, P. 99-100.

Типография ордена "Знак Почета" издательства МГУ 119992, Москва, Ленинские горы Заказ № 471 Тираж 150 экз.

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Филатов, Иван Васильевич

Введение

Глава 1. Обзор литературы

Глава 2. Материалы и методы

2.1. Выбор начального приближения конформации главной цепи

2.2. Определение минимальной длиньг фрагмента, пригодной для адекватного расчета трехспиральных макромолекул коллагена

2.3. Редукция библиотеки конформаций боковых радикалов

2.4. Метод расчета фрагментов трехспиральных макромолекул коллагена.

Глава 3. Расчет фрагментов и полных макромолекул коллагенов

3.1. Расчет фрагментов макромолекул.

3.2. Сборка полной молекулы коллагена из рассчитанных фрагментов тройных комплексов

Глава 4. Анализ стереохимических особенностей трехмерных структур коллагенов. Расчет физических характеристик тройных комплексов. Вычисление спиральных параметров

4.1. Вычисление спиральных параметров

4.2. Оценка модуля Юнга и персистентной длины фибриллярных макромолекул.

Глава 5. Обсуждение результатов

Выводы

Введение Диссертация по биологии, на тему "Расчет трехмерной структуры и физических характеристик фибриллярных коллагенов человека I, II, III, V и XI типов"

Актуальность проблемы Выдающиеся успехи биологии второй половины двадцатого века обеспечили нас И пониманием того, как устроены глобулярные белки и как их пространственная структура, в ряде случаев известная с атомным разрешением, связана с их ролью в генезе биологических структур и их функционированием. Подобных успехов в исследованиях I строения фибриллярных белков нет (за исключением, быть может, коротких аспиральных белков, типа тропомиозина или фрагментов 1-меромиозина, которые в клетке перемещаются во время своего функционирования и, соответственно, входят в различного типа полибелковые комплексы, как ясно а поэтому из их их кристаллизация имеет смысл). в виде Фибриллярные белки, онределения, функционируют макроскопических, волокнистых образований. Не известны структуры промежуточных форм и, прежде всего, структуры одиночных молекул в том их виде, в котором они I т вступают в длительный (в связи с большим размером молекул) процесс своего фибриллогенеза. К настоящему времени уже хорошо известно, что при фнбриллогенезе отдельных белков паутины, в частности сиидроинов, конечная )8-структурная форма Щ нолипептидной цепи белков в волокне возникает на достаточно развитом этапе комплексообразования различных белков волокна в целом. Отдельные молекулы снидроинов в растворе образуют подобные глобулярным белкам структуры, причем I характеристики вторичных структур, полученные по данным кругового дихроизма и других спектральных методов, включая метод ЯМР в растворе, показывают, что j8структура находится в исходном одиночном белке в следовых количествах. Эти I структуры демонстрируют, что рентгенография и другие экспериментальные исследования фибрилл могут вводить в заблуждение относительно того строения одиночной молекулы, в котором она пребывает в тех комнартментах клетки, где протекают начальные стадии фибриллогенеза. I I I Еще менее, чем сложное строение наутины, изучены детали молекулярного строения важнейшего фибриллярного белка коллагена, хотя, казалось бы, изучению отдельных макромолекул различных коллагеновых белков носвящены сотни работ. Коллагены это основные белки предохранительных, опорных и соединительных тканей в организмах животных. Они встречаются также во всем таксономическом ряду организмов от одноклеточных бактерий, до организмов беспозвоночных и позвоночньк животных, аналоги коллагенов замечены в царстве растений. В структурном отношении это большой класс белков, включающих фибриллярную часть, сформированную тройными сниралями, значительную образованными специфическими периодическими последовательностями типа (Gly-X-Y)n, где Gly I глицин, а X и Y любой остаток амипо- или иминокислоты, причем содержание последних достигает 15-20% процентов. В последнее время круг уровней организации, на которых фибриллярные структуры коллагенового тина оказываются функционально значимыми, резко расширился. Во-первых, стало ясным, что малые по размеру тройные спирали коллагенового типа имеются в ряде функционально значимых глобулярных белков, как, например, в ацетилхолинэстеразе, или Cql Щ комплемента. Стало очевидным, что функциональная роль поверхностей тройных спиралей коллагенового типа разнообразна и простирается от уровня макромолекул, через уровень клеток на уровень тканей. Так же ясно, что не только надмолекулярный уровень организации тройной спирали I коллагенового типа важен для функционирования, но поверхность одиночной тройной спирали оказалась активпой в ряде функций. Поэтому представляется анализ возможных конформационных состояний пространственной актуальным структуры одиночной трехспиралъной молекулы коллагена. Обратим внимание, что генезнс самой тройной спирали и ее дальнейшее включение в фибриллу до сих нор не рассматривались в аснекте возможных изменений параметров тройной снирапи в одиночных и те надмолекулярных состояниях. Это означает, что совершенно не обязательно I I I Щ усредненные структурные параметры спирали, которые мы знаем по рентгенограммам коллагеновых фибрилл, будут генерироваться в целой одиночной тройной спирали. Таким образом, анализ одиночньгх молекул фибриллярных элементов коллагена до сих пор Щ представляет существенный интерес как для понимания структурных основ функционирования рецепторных элементов пространственной структуры, так и для построения моделей «созревания» коллагеновых фибрилл. I Так как способов экспериментального анализа пространственной структуры одиночных молекул в растворе для случая коллагена, содержащего в фибриллярной форме на 100% спирали типа поли-Ь-нролин II, не существует, единственным способом исследования пространственных структур является их расчет. Облегчающим моментом является существование большого числа низкомолекулярных соединений коллагенового типа, конформации которых получены методом рентгеноструктурного поэтому, быть критерием оценки качества расчетов. анализа и могут, щ Цели исследования. Цель настоящего исследования заключалась в развитии методов молекулярной Щ механики для расчетов структур одиночных фибриллярных макромолекул и их комплексов, а также адаптации известных методов и программ для минимизации конформации боковьгх радикалов к расчетам структур макромолекул коллагенов I, II, III, I Щ V и XI тинов. В задачи данной работы входило: установление пространственной структуры одиночных макромолекул I коллагенов пяти разных типов на основании априорного расчета трехмерной структуры по последовательности аминокислот с использованием методов молекулярной механики и множественного статистического I I I дискриминантного анализа; I I I анализ типов спиральных структур, определяемых различными мотивами аминокислотных носледовательностей; расчеты модуля Юнга и персистентной длины для сопоставления локальной и глобальной стабильности расчетных структур с целью установления их роли в нроцессах фибрнллогенеза и дифференцировки. I Научная новизна работы. Впервые развит метод расчета целых фибриллярных макромолекул коллагена на основе методов конформационного анализа объектов пептидной природы. Особенностью разработанного варианта боковых является использование редуцированной библиотеки полную I конформеров радикалов аминокислот, что позволило провести оптимизацию конформаций не только остова полипептидной цепи белков, но и всего ансамбля фрагментов, описывающих макромолекулу в целом. Впервые получены хорошо I ш оптимизированные данные об участках стыковки трипептидов с пролином во втором ноложепии триплетов и аминокислотой во втором положении. Продемонстрировано, что изменения стереохимических характеристик структуры в областях таких стыковок не Щ больше, чем изменения спиральных параметров при переходе от областей последовательностью ГАА к областям с последовательностью ГАО. Это позволило впервые рассчитать структуры одиночных молекул коллагенов пяти I разных типов и сравнить их стереохимические характеристики, что позволяет сделать выводы не только о роли отдельных аминокислот в структуре белка, но и в некоторых случаях понять, как важна специфика последовательности аминокислот для его функции. I В ходе работы применен снециальный метод расчета сниральных нараметров для молекул, не обладающих рассчитывать строгой сниральной симметрией, что дает возможность дифракционные картины, а следовательно, сравнивать расчетные и рентгенографические данные, сколь бы усредненными они ни были.I I Проведен полный стереохимический анализ полученной структуры. Показано, что при отсутствии дополнительных начальных условий в любой части коллагеновой молекулы генерируется трехспиральная структура с симметрией, соответствующей типу симметрии дифракционной картины коллагена. Таким образом, рассчитанная структура удовлетворяет экспериментами. I На примере пяти фибриллярных структур полностью обоснована двусвязная модель структуры коллагена. Показано, что во всех полных структурах коллагенов СОгрунны остатка глицина и третьего но цепи остатка находятся на поверхности тройного комплекса макромолекулы коллагена и симметрически эквивалентны друг другу. Это I определяет независимость гидратации макромолекулы коллагена от последовательности аминокислот, т.е. объясняет фундаментальный факт ткане-, а не видоспецифичности гидратации коллагенов разного типа и разного происхождения. Впервые проведен аналитический расчет модуля Юнга для фибриллярных всем требованиям, нредъявляемым рентгенографическими т макромолекул. Создана программа расчетов применительно к фибриллярным системам различного типа. Развиты подходы к расчету персистентной длины фибриллярных Щ макромолекул. Впервые установлена персистентная длина макромолекулы коллагена и показано, что она существенно превышает длину макромолекулы. Таким образом, структура одиночной макромолекулы коллагена определяет ход фибриллогенеза, а I действующим фактором оказывается распределение параметров спирали вдоль фибриллярной макромолекулы. I Практическое значение работы. Впервые рассчитаны структуры, содержащие последовательности аминокислот, приводящие к патологиям соединительной ткани и тяжелым клиническим последствиям. Показано, что жесткость отдельных макромолекул онределяет возможность их участия в I I I I I значительную фибриллярную

Заключение Диссертация по теме "Биофизика", Филатов, Иван Васильевич

выводы

1. Рассчитана полная пространственная структура трехспиральной макромолекулы коллагенов I, И, III, V и XI типов человека с оптимизацией конформаций боковых радикалов. Расчет проведен специально развитым методом молекулярной механики, включающим разработанный метод анализа спиральных параметров для молекул, не обладающих строгой спиральной симметрией.

2. Разработан метод редукции набора конформаций боковых радикалов из библиотек ротамеров, позволяющий существенно сократить вычислительную сложность задачи нахождения оптимальной конформации боковых радикалов. Показана асимптотическая эквивалентность различных подмножеств, полученных методом редукции полной библиотеки конформаций боковых радикалов.

3. Установлено, что последовательность аминокислот, не изменяя типа симметрии спирали, определяет чередование вдоль цепи участков с одной или двумя водородными связями на трипептид. При этом вторая сетка водородных связей на участках с аминокислотой во втором положении триплета образуется всегда. Таким образом, доказана пригодность двусвязной модели для описания структуры коллагена.

4. Показано, что СО-группы остатка глицина и третьего по цепи остатка находятся на поверхности тройного комплекса макромолекулы коллагена и симметрически эквивалентны друг другу. Это определяет независимость гидратации макромолекулы коллагена от последовательности аминокислот, т.е. объясняет фундаментальный факт ткане-, а не видоспецифичности гидратации коллагенов разного типа и разного происхождения.

5. Рассчитаны параметры спиралей для пяти типов коллагенов. Показана негладкость распределения параметров спиралей вдоль оси макромолекул и периодичность, соответствующая периодичностям в последовательности аминокислот, что свидетельствует о различном сродстве участков одиночных макромолекул друг к другу. Различия в периодичностях распределения спиральных параметров в разных типах коллагенов свидетельствуют о различных формах фибриллогенеза в них.

6. Проведена оценка модуля Юнга и персистентной длины для структур коллагенового типа. Показано, что персистентная длина коллагена существенно больше размера макромолекулы, что позволяет сделать вывод об участии недеформированных макромолекул коллагена в фибриллогенезе, что подчеркивает одновременную роль негладкости и периодичности распределения параметров спирали в определении типа фибриллогенеза.

7. Обнаружен глобальный минимум конформационной энергии, возникающий при растяжении трехспиральных макромолекул. При этом величины проекции остатков на оси спиралей становятся ближе к данным рентгенографических исследований коллагенов различного происхождения. Это позволяет прежположить существование растягивания макромолекул коллагена в клетке.

Андреева Н.С., Есипова Н.Г., Милионова М.И., Рогуленкова В.Н., Туманян В.Г., Шибнев В А. Синтетические регулярные полипептиды и белки коллагенового класса. - Биофизика, 1970, т. 15, №2, стр. 198-207.

Есипова Н.Г., Лазарев Ю.А., Лазарева А.В., Спектральные исследования коллагена и родственных ему полипептидов. О характере основной системы водородных связей. -Биофизика, 1972, т. 17, № 6, стр. 949-953.

Мильчевский Ю.В., Жоров БС, Есипова НГ, Туманян ВГ // Биоорганическая химия. 1999. Т.25. С.348-357.

Милионова М.И. Дисперсия и температурная зависимость оптического вращения для полимера (глицил-1-пролил-1-оксипролин)п. Биофизика, 1964, т. 9, № 2, стр. 145-147.

Луговской В.А., Дашевский В.Г. Конформационый анализ кислород-содержащих гетероциклов. I. Метод расчета. - Ж. структ. хим., 1972, т. 13, № 1, стр. 122-130.

Туманян В.Г. Уточнение структуры полипептида (глицил-иминокислота-иминокислота)п как модели коллагена методом теоретического конформационного анализа. - Биофизика, 1980, т.25, №6, стр. 1097-1108.

Туманян В.Г., Есипова Н.Г. Структура коллагена с новым принципом формирования двух сеток межпептидных водородных связей. Биофизика. 1983, т. 28, стр. 962-965.

Туманян В.Г., Рогуленкова В.Н., Есипова Н.Г., Айзенхабер Ф. Биофизика. 1992,. т. 37, стр. 1-4.

Туманян В.Г., Есипова Н.Г. Исследование структуры коллагенового типа. - Биофизика, 1973, т. 18, №6, стр. 977-980.

Abraham LC, Vorrasi J, Kaplan DL. Impact of collagen structure on matrix trafficking by human fibroblasts. J Biomed Mater Res A 2004;70(l):39-48.

Adam M, Deyl Z, Rosmus J. [Changes in the stability of the collagen structure in adjuvant disease and their modifications by heavy metals]. Fysiatr Revmatol Vestn 1969;47(4): 175-180.

Adam M, Deyl Z. Alteration in the collagen structure in collagenosis and osteoarthrosis. Reumatologia 1978;16(1):75-81.

Andreeva N.S., Esipova N.G., Milionova M.I., Rogulenkova V.N., Shibnev V.A. - Polypeptides with regular sequence of amino acids as model of collagen structure. - In: Conformation of biopolymers, ed. Ramachandran G.N., New York, Acad. Press, 1967, v.2 pp. 469-481.

Bansal M. Stereochemical restrictions on the occurrence of amino acid residues in the collagen structure. Int J Pept Protein Res 1977;9(3):224-234.

Bear R.S. The structure of collagen molecule as fibril. - J. Biophys. Biochem. Cytol., 1956, v.2, No. 2, pp. 363-366.

Bella J., Eaton M., Brodsy, B. & Berman, H.M. Crystal and molecular structure of collagen like peptide at 1.9? resolution. Science. 1994, v. 266, pp, 75-81.

Bhattacharjee A, Bansal M. Collagen structure: the Madras triple helix and the current scenario. IUBMB Life 2005;57(3):161-172.

Bozec L, de Groot J, Odlyha M, Nicholls B, Nesbitt S, Flanagan A, Horton M. Atomic force microscopy of collagen structure in bone and dentine revealed by osteoclastic resorption. Ultramicroscopy 2005;105(l-4):79-89.

Brown F.R., di Carato A., Lorenzi G.P., Blout E.R. Synthesis and structural studies of two collagen analogues: poly(L-prolyl-L-seryl-glycyl) and poly(L-prolyl-L-alanyl-glycyl). - J. Mol. Biol., 1972, v. 63, No. 1pp. 85-89.

Byers PH, Bonadio JF. Lethal mutations in type I collagen: structure-function relationships in the type I collagen molecule. Birth Defects Orig Artie Ser 1984;20(3):65-77.

Cole WG. Collagen genes: mutations affecting collagen structure and expression. Prog Nucleic Acid Res Mol Biol 1994;47:29-80.

Doillon CJ, Dunn MG, Silver FH. Relationship between mechanical properties and collagen structure of closed and open wounds. J Biomech Eng 1988;110(4):352-356.

Doyle B.B., Traub W., Lorenzi G.P., Glout E.R., Conformational investigation of the polypeptide and oligopeptides with relating sequence L-alanyl-L-prolyl-glycine. - Biochemistry, 1971, v. 10, No. 16, pp. 3052-3060.

Engel J., Chen H.T. Prockop D.J. Klump H. The triple helix ? coil inversion of collagen-like tripeptides in aqueous and nonaqueous solvent. Comparison of the thermodynamics parameters and binding of water to (L-Pro-L-Pro-Gly)n and (L-Pro-L-Hyp-Gly)n . - Biopolymers, 1977, v. 16, No. 3,pp. 601-622.

Engel J., Kurtz. J., Katchalski E., Berger A. Polymer of tripeptides as collagen model. II. Conformation changes of poly(L-prolyl-glycyl-L-prolyl) in solution. J. Mol. Biol., 1966, vl7, No. l,pp. 255-272

Esipova NG, Andreeva NS, Gatovskaia TV. [Role of water in collagen structure.]. Biofizika 1958;3(5):529-540.

Fraser R.D., MackRae T.P., Suzuki E. Chain conformation in the collagen molecule. -J. Mol. Biol, 1979, v. 129, No. 3, pp. 463-481.

Fraser R.D., Macrae TP. Possible role of water in collagen structure. Nature 1959;183(4655):179-180.

Gabuda SP, Gaidash AA, Viazovaia EA. [Collagen structure and the disordering of the water subsystem in fibrillar polypeptides according to 2H-NMR data]. Biofizika 2005;50(2):231-235.

Hanagata N, Takemura T, Monkawa A, Ikoma T, Tanaka J. Pre-adsorbed type-I collagen structure-dependent changes in osteoblastic phenotype. Biochem Biophys Res Commun 2006;344(4): 1234-1240,

Hansen LK, Wilhelm J, Fassett JT. Regulation of hepatocyte cell cycle progression and differentiation by type I collagen structure. Curr Top Dev Biol 2006;72:205-236.

Harrington WF, Karr GM. Collagen structure in solution. II. Analysis of refolding kinetics in terms of nucleation and growth processes. Biochemistry 1970;9(19):3725-3733.

Harrington WF, Rao NV. Collagen structure in solution. I. Kinetics of helix regeneration in single-chain gelatins. Biochemistry 1970;9(19):3714-3724.

Hauschka PV, Harrington WF. Collagen structure in sllution. V. Kinetic mechanism of refolding of cross-linked chains. Biochemistry 1970;9(19):3754-3763.

Hauschka PV, Harrington WF. Collagen structure in solution. 3. Effec of ross-links on thermal stability and refolding kinetics. Biochemistry 1970;9(19):3734-3745.

Hauschka PV, Harrington WF. Collagen structure in solution. IV. Conformational properties of refolded cross-linked chains. Biochemistry 1970;9(19):3745-3754.

Heidemann E., Bernhardt H.W. Synthetic polypeptydes as model for collagen. -Nature, 1968, v. 220, No. 5174, pp. 1326-1327.

Heymer G. R. Die struktur kollagernahnlicher homound heteropolytripeptide, 2. - Macromol. Chem,, 1976v. 177, No. 11, pp. 3299-3223.

Hoeve C.A., Kakivaya S.R., On the structure of absorbed water in collagen. J.Phys. Chem., 1976, v.80, pp. 745-749.

Hudson BG, Reeders ST, Tryggvason K. Type IV collagen: structure, gene organization, and role in human diseases. Molecular basis of Goodpasture and Alport syndromes and diffuse leiomyomatosis. J Biol Chem 1993;268(35):26033-26036.

Kobayashi Y., Sakai R. Kakichi K., Isemura T. Physiochemical analysis of (Pro-Pro-Gly)n with defined molecular weight-temperature dependence of molecular weight in aqueuos solution. -Biopolymers, 1970, v. 9, No. 4, pp. 415-425.

L.Ala-Kokko, S.Kontusaari, C.Baldwin, H.Kuivaniemi, D.Prockop, Biochem. J. 260, 509-516 (1989)

Lakshmandram B.R., Ramamkrishnan C., Sasisekharan V., Thathachari Y.T., X-ray diffraction pattern of collagen and the Fourier transform of the collagen structure. - In: Collagen. New York, Willey, 1962, pp. 117-137.

Manley JH. Electron chemistry and collagen structure. J Ultrastruct Res 1969;29(5):383-397.

McBride DJ, Jr., Choe V, Shapiro JR, Brodsky B. Altered collagen structure in mouse tail tendon lacking the alpha 2(1) chain. J Mol Biol 1997;270(2):275-284.

Miller M.H., Sheraga H.A. Calculation of the structure of collagen model. Role of the interchain interaction in determining the triple-helical coiled-coil conformation. I. Poly(glycyl-prolyl-prolyl). - Polymer Sci„ 1976, Symp. No. 54, pp. 171-200.

Momany F. A., McGuire R. F., Burgess A. W., Scheraga, H. A., Energy Parameters in Polypeptides VII, Geometric Parameters, Partial Charges, Non-bonded Interactions, Hydrogen Bond Interactions and Intrensic Torsional Potentials for Naturally Ocurring Amino Acids, J. Phys. Chem. 1975.79, 2361-2381.

Nagarajan V., Kamitori S., Okuyama K., Structure analysis of a collagen-model peptide with a (Pro-Hyp-Gly) sequence repeat. J Biochem. (Tokyo). 1999, v. 125(2), pp. 310-318.

Nandi PK, Grant ME, Robinson DR. Destabilization of collagen structure by amides and detergents in solution. Int J Pept Protein Res 1985;25(2):206-212.

Nemethy G., Miller M.H., Scheraga H.A., Calculation of the structure of collagen models. Role of interchain interaction in determining the triple-helical coiled-coil conformation. Poly(glycyl-alanyl-prolyl).- Macromolecules, 1980, v.13, No. 4, pp. 914-919.

Nemethy G., Pottle M. S., Scheraga H. A., Energy Parameters in Polypeptides, 9. Updating of Geometrical Parameters, Non-bonding Interactions and Hydrogen Bonding INteractions for Naturally Occuring Amino Acids, J. PHys. Chem. 1983. 87,1883-1887.

Nemetschek T. [Hierarchy of collagen structure], Yerh Anat Ges 1981;75(Pt l):47-60.

Neumann T, Vollmer A, Schaffner T, Hess OM, Heusch G. Diastolic dysfunction and collagen structure in canine pacing-induced heart failure. J Mol Cell Cardiol 1999;31(1): 179-192.

Neumark T, Toth G, Marot I. Alterations of collagen structure after urea treatment. Acta Histochem 1967;28(l):l-7.

Okuyama K., Amott S., Takayanagi M., Kakudo M. Crystall and molecular structure of a collagenlike polypeptide (Pro-Pro-Gly)lO. J. Mol. Biol, 1981, v. 152, pp. 427-443.

Okuyama K., Takana N., Ashida Т., Kakudo M., Sakakibara., Kishida Y. An X-ray study of the synthetic polypeptide (Pro-Pro-Gly). - J. Mol. Biol., 1972, v. 72. No. 3, pp. 571-576.

Okuyama К., Takayanagy M., Ashida Т., Kakudo М., A new structural model for collagen. -Polymer J., 1977, v. 9, No. 3 pp. 341-343.

Panasik N.J., Eberhardt E.S., Edison A.S., Powell D.R., Raines R.T., Inductive effects on the structure of proline residues. Int J. Pept. Protein Res. 1994, v. 44(3), pp. 262-269.

Paterlini M.G., Nemethy G., Scheraga H.A. The energy of formation of internal loops in triple-helical collagen polypeptides. Biopolymers. 1995, Jun;35(6), pp. 607-619.

Privalov PL, Tiktopulo EI, Tischenko VM // J.Mol.Biol. 1979. V.127. P. 203-216.

Ramachandran G.N. structure of collagen at molecular level. - In: Treatise on collagen, New York, Acad. Press. 1967, v.l p. 103-183.

Ramachandran G.N., Kartha G. Structure of collagen. - Nature, 1955, v. 176, No. 4482, pp. 593595.

Ramachandran GN, Bansal M, Bhatnagar RS. A hypothesis on the role of hydroxyproline in stabilizing collagen structure. Biochim Biophys Acta 1973;322(1): 166-171.

Rich A, Crick F.H.C. The molecular structure of collagen.- J. Mol. Biol. 1961, v.3 No. 5, pp. 483506.

Rich A., Crick F.H.C. The structure of collagen. - Nature, 1955, v. 176, No. 4489, pp. 915-916.

Rickert WS, Forbes WF. Changes in collagen with age. II. Modification of collagen structure by exposure to the gaseous phase of tobacco smoke. Exp Gerontol 1972;7(2):99-109.

Rigby В,J, Robinson M.S (1975) Thermal transitions in collagen and the preferred temperature range of animals. Nature, 253(5489), 277-279.

Rogulenkova V.N., Mililonova M.I., Andreeva N.S., On the close structural similarity between poly-Gly-L-Pro-L-Hypro and collagen. - J. Mol. Biol., 1964, v. 9, No. 2, pp. 253-254.

Rosen H, Kessler A, Levenson SM. Collagen structure and metabolism. Surg Forum 1960; 11:295297.

Sakakibara S., Inouye K., Shudo K., Kishida H., Kabayashi Y., Prockop D.V., Synthesis of (Pro-Hyp-Gly)n of defined molecular weights. Evidence for the stabilization of collagen triple helix

Segal D.M., Traub W. Synthesis and structural investigation of poly(L-alanyl-L-prolyl-glycune). -J. Mol. Biol., 1969, v. 43, No. 3, pp. 487-496.

Seidler DG, Faiyaz-Ul-Haque M, Hansen U, Yip GW, Zaidi SH, Teebi AS, Kiesel L, Gotte M. Defective glycosylation of decorin and biglycan, altered collagen structure, and abnormal phenotype of the skin fibroblasts of an Ehlers-Danlos syndrome patient carrying the novel Arg270Cys substitution in galactosyltransferase I (beta4GalT-7). J Mol Med 2006;84(7):583-594.

Steven K.H., Lynn E.B., Kimbery M.T., Ronald T.R., A hyperstable collagen mimic. Chemistry & Biology. 1999, v. 6, No 2.

Sugeta H., Miyadzava T. General method for calculating helical parameters of polymer chains from bond length, bond angles, and internal-rotation angles. - Biopolymers, 1967, v. 5, No. 7, pp. 673-680.

Takigawa R, Tomita K. [Crystalline structure of poly-L-proline~its relation to collagen structure], Tanpakushitsu Kakusan Koso 1966;11(14):1321-1329.

Tanaka T, Wada Y, Nakamura H, Doi T, Imanishi T, Kodama T. A synthetic model of collagen structure taken from bovine macrophage scavenger receptor. FEBS Lett 1993;334(3):272-276.

Tiktopulo EI, Kajava AV, //Biochemistry, 1998, V.37. P.8147-8152.

Tiktopulo EI, Privalov PL, Andreeva AP, Aleksandrov V. [Mobility of collagen structure and temperature adaptation of animals]. Mol Biol (Mosk) 1979;13(3):619-624.

Traub W., Yonath A. Polymers of tripeptides as collagen models.III. Structural relationship between two form of poly (L-prolyl-L-alanyl-glycine). - J. Mol. Biol., 1967, v. 25, No. 25, pp. 351-355.

Tumanyan V.G. Esipova N.G. Comprehensive conformational analysis of (Gly- Pro-Pro)n and (Gly-Pro-Hyp)n related to collagen. Biopolymers. 1982. V. 21. P. 475-497.

Tumanyan V.G. Investigation of fibrous structures. I. Computation for collagen. - Biopolymers,

Tumanyan V.G., Rogulenkova V.N., Esipova N.G. // Modelling and Computer Method in Mol.Biol. and Genetics. / Eds. V.A.Ratner, N.A.Kolchanov. New York: Nova Science Publisher. 1992, pp. 197-201.

Venugopal M.G., Ramshaw J., Braswel E., Zhu D., B.Brodsky, Electrostatic Interaction in Collagen-like Triple-Helical Peptides. Biochemistry. 1994, v. 33, pp. 7948-7956.

Vitagliano L., Nemethy G., Zagari A., Scheraga H.A., Stabilization of the triple- helical structure of natural collagen by side-chain interactions. Biochemistry 1993, Jul 27;32(29) pp. 7354-9

Yee R.Y., Englander S.N., von Hippel P.H. Nature. Native collagen has a two-bonded structure. - J. Mol. Biol, 1974, v.83, No.l pp. 1-16.

Zhorov B.S. Comparison of Lowest-Energy Conformations of Dimethylcurine and Methoxyverapamil: an Evidence of Ternary Association of Calcium Channel, Ca2+, and Calcium Entry Blockers. J.Membr.Biol. 1993. 135:119-127.

Zhorov B.S. Vector method for calculating derivatives of energy of deformation of valence angles and torsion energy of complex molecules according to generalized coordinates. J.Struct.Chem 1982. 23:3-9.

Zhorov B.S. Vector method for calculating energy derivatives of atom-atom interactions of complex molecules according to generalized coordinates. J.Struct.Chem. 1981. 22:8-12.

Zhorov B.S, Ananthanarayanan V.S. Conformational Analysis of Free and Ca2+-bound forms of Verapamil and Methoxyverapamil. J.Biomol.Struct.Dynam. 1993. 11:529-540.

Zhorov B.S, Ananthanarayanan V.S. Similarity of Ca2+ bound conformations of morphine and Met-enkephalin: a computational study. FEBS Letters 1994. 354:131-134.

Zhorov B.S, Brovtsyna N.B. Conformational analysis of d-tubocurarine: implications for minimal dimensions of its binding site within ion channels. J.Membr.Biol. 1993. 135:19-26.

Структура рассчитанного коллагенового тройного комплекса, не депонированная в банке данных белковых структур, аминокислотная последовательность которой идентична структуре, координаты атомов которой были разрешены в рентгеноструктурном эксперименте (1BKV).

Библиография Диссертация по биологии, кандидата физико-математических наук, Филатов, Иван Васильевич, Москва

1. Есипова Н.Г., Лазарев Ю.А., Лазарева А.В., Снектральные исследования коллагена и родственных ему полипептидов. О характере основной системы водородньк связей. Биофизика, 1972, т. 17, 6, стр. 949-

2. Мильчевский Ю.В., Жоров БС, Есипова НГ, Туманян ВГ Биоорганическая химия. 1999. Т.25. 348-

3. Милионова М.И. Дисперсия и температурная зависимость оптического вращения для I ц полимера (глицил-1-пролил-1-оксипролин)п. Биофизика, 1964, т. 9, 2, стр. 145-

4. Туманян В.Г., Рогуленкова В.Н., Есипова Н.Г., Айзенхабер Ф. Биофизика. 1992,. т. 37, стр. Туманян В.Г., Есипова Н.Г. Исследование структуры коллагенового типа. Биофизика, 1973, т. 18, 6 стр. 977-980. I Abraham LC, Vorrasi J, Kaplan DL. Impact of collagen structure on matrix trafficking by human fibroblasts. J Biomed Mater Res A 2004;70(l):39-

5. Adam M, Deyl Z, Rosmus J. [Changes in the stability of the collagen structure in adjuvant disease I and their modifications by heavy metals]. Fysiatr Revmatol Vestn 1969;47(4): 175-180. 87

6. Andreeva N.S., Esipova N.G., Milionova M.I., Rogulenkova V.N., Shibnev V.A. Polypeptides with regular sequence of amino acids as model of collagen structure. In: Conformation of biopolymers, ed. Ramachandran G.N.., New York, Acad. Press, 1967, v.2 pp. 469-

7. Bansal M. Stereochemical restrictions on the occurrence of amino acid residues in the collagen structure. Int J Pept Protein Res 1977;9(3):224-

8. Bear R.S. The structure of collagen molecule as fibril. J. Biophys. Biochem. Cytol., 1956, v.2. No. 2, pp. 363-

9. Bella J., Eaton M., Brodsy, B. Berman, H.M. Crystal and molecular structure of collagen like I m peptide at 1.9? resolution. Science. 1994, v. 266, pp, 75-

10. Cole WG. Collagen genes: mutations affecting collagen structure and expression. Prog Nucleic Acid Res Mol Biol 1994;47:29-

11. Doillon CJ, Dunn MG, Silver FH. Relationship between mechanical properties and collagen structure of closed and open wounds. J Biomech Eng 1988;110(4):352-

12. Doyle B.B., Traub W., Lorenzi G.P., Glout E.R., Conformational investigation of the polypeptide

13. Engel J., Chen H.T. Prockop D.J. Klump H. The triple helix coil inversion of collagen-like I tripeptides in aqueous and nonaqueous solvent. Comparison of the thermodynamics parameters and binding of water to (L-Pro-L-Pro-Gly)n and (L-Pro-L-Hyp-GIy)n Biopolymers, 1977, v.l6,No.3, pp. 601-622. I Engel J., Kurtz. J., Katchalski E., Berger A. Polymer of tripeptides as collagen model.

14. Conformation changes of poly(L-prolyl-glycyl-L-prolyl) No. 1, pp. 255-272 Esipova NG, Andreeva NS, Gatovskaia TV. [Role of water in collagen structure.]. Biofizika in solution. J. Mol. Biol, 1966, vl7. 1958;3(5):529-

15. Fraser R.D., MackRae T.P., Suzuki E. Chain conformation in the collagen molecule. -J. Mol. BioL, 1979, V. 129, No. 3, pp. 463-

16. Fraser R.D., Macrae TP. Possible role of water in collagen structure. Nature 1959;183(4655):179-

17. Gabuda SP, Gaidash AA, Viazovaia EA. [Collagen structure and the disordering of the water subsystem in fibrillar polypeptides according to 2H-NMR data]. Biofizika 2005;50(2):231-

18. Hanagata N, Takemura T, Monkawa A, Ikoma T, Tanaka J. Pre-adsorbed type-I collagen structuredependent changes in osteoblastic phenotype. Biochem Biophys Res Commun 2006;344(4):1234-1

19. Hansen LK, Wilhelm J, Fassett JT. Regulation of hepatocyte cell cycle progression and differentiation by type I collagen structure. Curr Top Dev Biol 2006;72:205-

20. Harrington WF, Karr GM. Collagen structure in solution. II. Analysis of refolding kinetics in terms of nucleation and growth processes. Biochemistry 1970;9(19):3725-3

21. Harrington WF, Rao NV. Collagen structure in solution. I. Kinetics of helix regeneration in singlechain gelatins. Biochemistry 1970;9(19):3714-3724.

22. Hauschka PV, Harrington WF. Collagen structure in solution.

23. Effec of ross-links on thermal stability and refolding kinetics. Biochemistry 1970;9(19):3734-3

24. Hauschka PV, Harrington WF. Collagen structure in solution. IV. Conformational properties of refolded cross-linked chains. Biochemistry 1970;9(19):3745-3

25. Heidemann E., Bemhardt H.W. Synthetic polypeptydes as model for collagen. -Nature, 1968, v. I Щ 220,No. 5174, pp. 1326-1

26. Heymer G. R. Die struktur koUagemahnlicher homound heteropolytripeptide,

27. Macromol. Chem., 1976v. 177, No. 11, pp. 3299-3223. I m Hoeve C.A., Kakivaya S.R., On the structure of absorbed water in collagen. J.Phys. Chem., 1976, V.80, pp. 745-

28. Hudson BG, Reeders ST, Tryggvason K. Type IV collagen: structure, gene organization, and role in Щ Ш human diseases. Molecular basis of Goodpasture and Alport syndromes and diffuse I leiomyomatosis. J Biol Chem 1993;268(35):26033-26

29. Manley JH. Electron chemistry and collagen structure. J Ultrastruct Res 1969;29(5):383-397. McBride DJ, Jr., Choe V, Shapiro JR, Brodsky B. Altered collagen structure in mouse tail tendon lacking the alpha 2(1) chain. J Mol Biol 1997;270(2):275-284.

30. Momany F. A., McGuire R. F., Burgess A. W., Scheraga, H. A., Energy Parameters in Polypeptides VII, Geometric Parameters, Partial Charges, Non-bonded Interactions, Hydrogen Bond Interactions and Intrensic Torsional Potentials for Naturally Ocurring Amino Acids, J. Phys. Chem. 1975. 79,2361-2

31. Nagarajan V., Kamitori S., Okuyama K., Structure analysis of a collagen-model peptide with a (Pro-Hyp-Gly) sequence repeat. J Biochem. (Tokyo). 1999, v. 125(2), pp. 310-

32. Nandi PK, Grant ME, Robinson DR. Destabilization of collagen structure by amides and detergents I Щ in solution. Int J Pept Protein Res 1985;25(2):206-

33. Nemethy G., Miller M.H., Scheraga H. A., Calculation of the structure of collagen models. Role of interchain interaction in determining the triple-helical coiled-coil conformation. Poly(glycylI alanyl-prolyl).- Macromolecules, 1980, v.l3. No. 4, pp. 914-

34. Nemethy G., Pottle M. S., Scheraga H. A., Energy Parameters in Polypeptides,

35. Updating of Geometrical Parameters, Non-bonding Interactions and Hydrogen Bonding INteractions for I Naturally Occuring Amino Acids, J. PHys. Chem. 1983. 87,1883-1

36. Nemetschek T. [Hierarchy of collagen structure]. Verh Anat Ges 1981;75(Pt l):47-

37. Neumann T, Vollmer A, Schaffner T, Hess OM, Heusch G. Diastolic dysfunction and collagen I structure in canine pacing-induced heart failure. J Mol Cell Cardiol 1999;31(1):179-

38. Neumark T, Toth G, Marot I. Alterations of collagen structure after urea treatment. Acta Histochem 1967;28(l):l-7. Ш I Okuyama K., Amott S., Takayanagi M., Kakudo M. Crystall and molecular structure of a coUagenlike polypeptide (Pro-Pro-Gly)lO. J. Mol. BioL, 1981, v. 152, pp. 427-

39. Okuyama K., Takana N., Ashida Т., Kakudo M., Sakakibara., Kishida Y. An X-ray study of the synthetic polypeptide (Pro-Pro-Gly). J. Mol. Biol., 1972, v. 72. No. 3, pp. 571-576. 91

40. Panasik N.J., Eberhardt E.S., Edison A.S., Powell D.R., Raines R.T., Inductive effects on the I structure of proline residues. Int J. Pept. Protein Res. 1994, v. 44(3), pp. 262-

41. Paterlini M.G., Nemethy G., Scheraga H.A. The energy of formation of internal loops in triplehelical collagen polypeptides. Biopolymers. 1995, Jun;35(6), pp. 607-619. I Privalov PL, Tiktopulo El, Tischenko VM J.Mol.Biol. 1979. V.127. P. 203-

42. Ramachandran G.N. structure of collagen at molecular level. In: Treatise on collagen, New York, Acad. Press. 1967, v.l p. 103-

43. Ramachandran G.N., Kartha G. Structure of collagen. Nature, 1955, v. 176, No. 4482, pp. 593-

44. Ramachandran GN, Bansal M, Bhatnagar RS. A hypothesis on the role of hydroxyproline in stabilizing collagen structure. Biochim Biophys Acta 1973;322(1):166-

45. Rich A, Crick F.H.C. The molecular structure of collagen.- J. Mol. Biol. 1961, v.3 No. 5, pp. 483-

46. Rich A., Crick F.H.C. The structure of collagen. Nature, 1955, v. 176, No. 4489, pp. 915-916. I Rickert WS, Forbes WF. Changes in collagen with age. II. Modification of collagen structure by exposure to the gaseous phase of tobacco smoke. Exp Gerontol 1972;7(2):99-

47. Rigby B.J, Robinson M.S (1975) Thermal transitions in collagen and the preferred temperature I range of animals. Nature, 253(5489), 277-

48. Rogulenkova V.N., Mililonova M.L, Andreeva N.S., On the close structural similarity between poly-Gly-L-Pro-L-Hypro and collagen. J. Mol. Biol., 1964, v. 9, No. 2, pp. 253-

49. Rosen H, Kessler A, Levenson SM. Collagen structure and metabolism. Surg Forum 1960; 11:295-

50. Sakakibara S., Inouye K., Shudo K., Kishida H., Kabayashi Y., Prockop D.V., Synthesis of (ProHyp-Gly)n of defined molecular weights. Evidence for the stabilization of collagen triple helix

51. Steven K.H., Lynn E.B., Kimbery M.T., Ronald T.R., A hyperstable collagen mimic. Chemistry Biology. 1999, V. 6, No

52. Sugeta H., Miyadzava T. General method for calculating helical parameters of polymer chains from bond length, bond angles, and internal-rotation angles. Biopolymers, 1967, v. 5, No. 7, pp. 673-

53. Takigawa R, Tomita K. [Crystalline structure of poly-L-proline-its relation to collagen structure]. Tanpakushitsu Kakusan Koso 1966;11(14):1321-1

54. Tanaka T, Wada Y, Nakamura H, Doi T, Imanishi T, Kodama T. A synthetic model of collagen Щ I I structure taken from bovine macrophage scavenger receptor. FEBS Lett 1993;334(3):272-

55. Tiktopulo El, Kajava AV, //Biochemistry, 1998, V.37. P.8147-8

56. Tiktopulo El, Privalov PL, Andreeva AP, Aleksandrov V. [Mobility of collagen structure and I temperature adaptation of animals]. Mol Biol (Mosk) 1979;13(3):619-

57. Traub W., Yonath A. Polymers of tripeptides as collagen models.III. Structural relationship between two form of poly (L-prolyl-L-alanyl-glycine). J. Mol. Biol., 1967, v. 25, No. 25, pp. 351-

58. Tumanyan V.G. Esipova N.G. Comprehensive conformational analysis of (Gly- Pro-Pro)n and (Gly-Pro-Hyp)n related to collagen. Biopolymers. 1982. V. 21. P. 475-

59. Tumanyan V.G. Investigation of fibrous structures. L Computation for collagen. Biopolymers,

60. Tumanyan V.G., Rogulenkova V.N., Esipova N.G. Modelling and Computer Method in Mol.Biol, and Genetics. 1992, pp. 197-

61. Venugopal M.G., Ramshaw J., Braswel E., Zhu D., B.Brodsky, Electrostatic Interaction in Eds. V.A.Ratner, N.A.Kolchanov. New York: Nova Science Publisher. Collagen-like Triple-Helical Peptides. Biochemistry. 1994, v. 33, pp. 7948-7

62. Zhorov B.S., Ananthanarayanan V.S. Conformational Analysis of Free and Ca2+-bound forms of I I Verapamil and Methoxyverapamil. J.Biomol.Struct.Dynam. 1993. 11:529-

63. Zhorov B.S., Ananthanarayanan V.S. Similarity of Ca2+ bound conformations of morphine and Met-enkephalin: a computational study. FEBS Letters 1994. 354:131-134. I Zhorov B.S., Brovtsyna N.B. Conformational analysis of d-tubocurarine: implications for minimal dimensions of its binding site within ion channels. J.Membr.BioL 1993. 135:19-26.