Исследователи из Университета Макгилла обнаружили механизм, с помощью которого спиральные биоминеральные структуры могут быть синтезированы по спирали по часовой стрелке или против часовой стрелки, используя только левостороннюю или правостороннюю версию одной кислой аминокислоты.
Марк Макки, профессор стоматологического факультета Макгилла и кафедры анатомии и клеточной биологии, и его команда вместе с сотрудниками из Университета Джона Хопкинса проливают свет на то, как некоторые биологические структуры, такие как раковины наземных и морских улиток - могут иметь спирали как по часовой, так и против часовой стрелки не только в пределах одного вида, но и внутри оболочки отдельного организма.
В статье, опубликованной в журнале Science Advances, профессор Макки и его команда сконструировали хиральные (см. справочную информацию «Что такое хиральность?» ниже) спиралевидные структуры биоминерального карбоната кальция (минерал, обычно встречающийся в раковинах) с помощью простого добавление определенных аминокислот.
Примечательно, что они также могли заставить геликоиды вращаться по часовой стрелке или против часовой стрелки, просто используя только левостороннюю или правостороннюю версию аминокислот аспарагиновой кислоты и глутаминовой кислоты, которые в изобилии содержатся в белках, управляющих процессами биоминерализации. во многих организмах.
«Эта работа дает ключевую информацию для понимания того, как организмы могут иметь биоминерализованные структуры, вращающиеся в противоположных направлениях», - говорит Макки, старший автор исследования. «Наши результаты также дают представление о патологических хиральных мальформациях, которые могут возникать в человеческих отокониях, структурах внутреннего уха, нормальное функционирование которых поддерживает баланс за счет определения силы тяжести и обнаружения линейного ускорения. Наша работа предсказывает, как патологические хиральные мальформации могут возникать в отокониях человека и могут быть использованы для разработки методов лечения головокружения (потери равновесия) на основе этого понимания».
Предыстория: что такое хиральность?
Вы когда-нибудь слышали об улитке Джереми? Он прославился в 2016 году, потому что, в отличие от большинства своих собратьев, коричневых садовых улиток, его раковина закручивается против часовой стрелки. Из-за этой аномалии британским исследователям, изучающим Джереми, было трудно найти ему пару.
Почему спираль оболочки Джереми так важна? Потому что это один из примеров широко распространенного в природе явления: хиральности. Объекты, являющиеся зеркальным отражением друг друга, считаются хиральными, если их невозможно наложить друг на друга. То есть, как бы вы их ни повернули, они никогда не будут прежними. Раковина Джереми, вращающаяся против часовой стрелки, не может быть наложена на вращающиеся по часовой стрелке раковины подавляющего большинства его собратьев-улиток.
Подобно тому, как наши руки являются несовместимыми друг с другом изображениями самих себя, многие молекулы также хиральны. Аминокислоты, строительные блоки белка, имеют хиральные формы, то есть одна форма левосторонняя, а другая правосторонняя.
Ученые первоначально предположили, что биологические спиральные структуры, такие как раковины улиток или закрученный зуб нарвала, могут быть объяснены действиями хиральных молекул, заставляющих их двигаться по спирали по часовой стрелке (левосторонняя) или против часовой стрелки (правосторонняя). вручил). Однако в природе, где иногда встречаются оба вращения, этого не может быть, поскольку в биологических процессах обычно участвуют только левые аминокислоты и биомолекулы.