ТАСС, 25 апреля. Биологи из США обнаружили ранее неизвестный фермент в клетках хищных морских червей, который помогает им извлекать медь из окружающей среды и использовать ее для формирования уникальных биометаллических зубов. Выводы ученых были опубликованы в статье в журнале Matter.
"Зубы этих червей представляют собой сложный композитный материал, для получения которого в лаборатории потребовалось бы огромное число приборов, растворителей и сложные цепочки химических реакций. Мы не ожидали, что все эти функции исполняет всего один белок с достаточно простой структурой. Его изучение принесет огромную пользу промышленности", - заявил научный сотрудник университета Калифорнии в Санта-Барбаре Герберт Уайт, чьи слова приводит пресс-служба журнала.
Морские черви из семейства Glyceridae относятся к числу одних из самых агрессивных хищников, обитающих в верхних слоях почвы на дне Атлантики. У этих червей есть набор из нескольких очень прочных зубов, состоящих из биокомпозитного материала на базе белков, пигмента меланина и ионов меди. Они используют их как для поимки добычи, так и для бурения проходов в грунте.
Биологов и инженеров давно интересует то, как формируются жвала этих червей, так как их аналоги можно использовать в качестве более прочной замены для разных сортов пластика, керамических композитов и быстро изнашивающихся металлических сплавов. Уайт и его коллеги получили ответ на этот вопрос в ходе изучения функций белков, которые вырабатывают клетки головного сегмента червей вида Glycera dibranchiata.
Автоматическая сборка биокомпозита
В общей сложности биологи детально изучили структуру около 24 тыс. белковых молекул, которые вырабатывают клетки морских хищников. Это помогло им выделить несколько десятков кандидатов на роль "сборщика" зубов Glycera dibranchiata, состоящих преимущественно из ионов меди, меланина и двух аминокислот, глицина и гистидина.
Последующее изучение функций этих молекул показало, что в "сборке" зубов червей задействован всего один фермент, получивший имя MMP. Он представляет собой достаточно просто устроенную молекулу, похожую по своей структуре на ферменты, участвующие в сборке пигментных молекул в клетках кожи у людей и животных.
Это вещество, как обнаружили Уайт и его коллеги, ускоряет сразу шесть разных реакций. Сначала оно захватывает ионы меди и использует их для того, чтобы превратить молекулы тирозина, одной из аминокислот, в меланин, главный пигмент кожи. После этого MMP соединяется с меланином и заставляет его вступить в реакцию с другими пигментными молекулами, в результате чего возникает набор из тонких пленок и волокон, составляющих основу медных зубов червей.
Подобную природную форму автоматической самосборки, по мнению ученых, можно адаптировать для производства различных сложных биокомпозитов. Они не будут уступать в прочности и по другим характеристикам уже существующим материалам, но при этом их будет значительно проще и дешевле производить, подытожили исследователи.