Additional evidence for the binding of calcium ions to elastin at neutral sites

Abstract

Previous studies have implicated carboxyl groups, sulphhydryl groups and amino groups as the sites for calcium binding in elastin. In this study, the concept was investigated that neutral co-ordinating sites in elastin may also provide calcium binding sites. Calcium binding to elastin was increased upon solvent changes which also effected conformational changes in the protein. In methanol-H₂O mixtures calcium binding appeared to be independent of changes in pH and ionic strength. Of ten ions tested (Ca²⁺, Co²⁺, Na⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Cr³⁺, Pb⁺², K⁺, Rb⁺, and Mg²⁺), only calcium binding was significantly increased when methanol was added. It is proposed that neutral sites are important to the various relationships involving calcium and elastin and perhaps serve as nucleation centers in the calcification of the protein.

Résumé

Des études précédentes suggèrent la présence de groupements carboxyles, sulfhydriles et aminés dans les sites de liaison en calcium de l'élastine. La possibilité de l'existence de sites neutres de liaison en calcium au niveau de l'élastine a été étudiée dans ce travail. Une augmentation de la fixation du calcium au niveau de l'élastine est observée après des modifications de dissolution qui ont aussi provoqué des modifications de structure de la protéine. Dans des mélanges méthanol-H₂O, les liaisons du calcium semblent indépendantes du pH et de la force ionique. Sur dix ions testés (Ca²⁺, CO²⁺, Na²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Cr³⁺, Pb⁺², K⁺, Rb⁺ et Mg²⁺) seule la liaison du calcium est nettement augmentée, lorsque le méthanol est ajouté. Il semble que les sites neutres sont importants pour les divers rapports entre calcium et élastine et servent, peut-être, comme centres de nucléation au cours de la calcification de la protéine.

Zusammenfassung

Vorgängige Studien haben die Bedeutung der Carboxyl-, Sulfhydryl- und Aminogruppen als Stellen der Calciumbindung im Elastin gezeigt. Die vorliegende Arbeit hatte zum Ziel, die Rolle der neutralen Koordinationsstellen im Elastin als mögliche Calcium-Bindungsseite abzuklären. Die Calciumbindindung an das Elastin wurde durch solche Lösungsmittelveränderungen erhöht, die auch gleichartige Verschiebungen im Proteinmolekül bewirkten. In Methanol-Wasser-Mischungen schien die Calciumbindung nicht von Veränderungen des pH oder der Ionenstärke abhängig zu sein. Von 10 Ionen, bei welchen die Bindung überprüft wurde, war einzig diejenige des Calciums signifikant erhöht, wenn Methanol zugesetzt wurde. Es wird vorgeschlagen, daß die neutralen Stellen für die verschiedenen Vorgänge, bei welchen Calcium und Elastin beteiligt sind, eine wichtige Rolle spielen und vielleicht für die Verkalkung der Proteine als Nukleationszentren in Frage kommen.