محققان MIT یک برهمکنش در سطح اتمی را شناسایی کرده اند که از شکستن پیوندهای پپتیدی آب جلوگیری می کند و این تعامل ممکن است توضیح دهد که چرا کلاژن در فسیل های دایناسورها حفظ می شود.
به گزارش ایسنا، کلاژن پروتئینی است که در استخوان ها و بافت همبند یافت می شود. این پروتئین در فسیل دایناسورها با قدمت ۱۹۵ میلیون سال پیش یافت شد. طول عمر کلاژن موجود در فسیل دایناسورها بسیار بیشتر از نیمه عمر طبیعی پیوندهای پپتیدی است که پروتئین ها را در کنار هم نگه می دارند.
تحقیقات جدید MIT توضیحی برای چگونگی حفظ کلاژن برای مدت طولانی‌تر از حد انتظار ارائه می‌دهد. محققان کشف کردند که یک تعامل ویژه در سطح اتمی از کلاژن در برابر حمله مولکول های آب محافظت می کند. این فعل و انفعال از شکستن پیوندهای پپتیدی آب در طی فرآیندی به نام “هیدرولیز” جلوگیری می کند.
ران رینز، پروفسور شیمی MIT، گفت: «ما شواهدی داریم که نشان می‌دهد این تعامل مانع از حمله آب و شکستن پیوندهای پپتیدی می‌شود. این فقط در برابر آنچه برای پیوند پپتیدی معمولی اتفاق می افتد، که نیمه عمر آن 500 سال است، عمل می کند.
کلاژن فراوان ترین پروتئین در بدن حیوانات است و نه تنها در استخوان ها بلکه در پوست، ماهیچه ها و رباط ها نیز یافت می شود. کلاژن از رشته های طولانی پروتئین تشکیل شده است که در هم تنیده شده و یک مارپیچ سه گانه پیچیده را تشکیل می دهند. رینز گفت: “کلاژن چارچوبی است که اجزای تشکیل دهنده بدن ما را به هم متصل می کند.” چیزی که باعث پایداری کلاژن و ویژگی خوب این چارچوب می شود این است که بر خلاف اکثر پروتئین ها، فیبری است.
در طول دهه گذشته، دیرینه شناسان شواهدی مبنی بر حفظ کلاژن در فسیل دایناسورها، از جمله تیرانوسوروس رکس 80 میلیون ساله و سوروپودومورف نزدیک به 200 میلیون ساله یافته اند.
در 25 سال گذشته، آزمایشگاه Raines کلاژن و نحوه عملکرد ساختار آن را مورد مطالعه قرار داده است. آنها در تحقیقات جدید خود نشان دادند که چرا پیوندهای پپتیدی که کلاژن را در کنار هم نگه می دارند در برابر تجزیه شدن توسط آب بسیار مقاوم هستند.
پیوندهای پپتیدی بین اتم کربن یک اسید آمینه و اتم نیتروژن اسید آمینه مجاور تشکیل می شود. علاوه بر این، یک اتم کربن یک پیوند دوگانه با یک اتم اکسیژن تشکیل می دهد و ساختار مولکولی به نام گروه کربونیل را تشکیل می دهد. اکسیژن کربونیل دارای یک جفت الکترون است که با هیچ اتم دیگری پیوند ندارند. محققان دریافتند که این الکترون ها را می توان با گروه کربونیل پیوند پپتیدی مجاور به اشتراک گذاشت. از آنجایی که این جفت الکترون ها در پیوندهای پپتیدی قرار دارند، مولکول های آب نمی توانند وارد ساختار شده و پیوند را بشکنند.
پارامجیت آرورا، استاد شیمی در دانشگاه نیویورک که در این تحقیق شرکت نداشت، گفت: «این تحقیق بر اساس تلاش‌های بلندمدت گروه Raines برای نشان دادن نقش یک تعامل بنیادی نادیده گرفته شده در ساختار پروتئین است. تحقیقات آنها مستقیماً به یافته های قابل توجه کلاژن دست نخورده در فسیل دنده دایناسور 195 میلیون ساله می پردازد و نشان می دهد که همپوشانی اوربیتال های اتمی اشغال شده و خالی، پایداری ساختاری و هیدرولیز کلاژن را کنترل می کند.
برخی از دانشمندان قبلاً توضیحات دیگری برای اینکه چرا کلاژن میلیون ها سال حفظ شده است، ارائه کرده اند. از جمله، آنها به احتمال کم آبی شدید استخوان ها و نرسیدن آب به پیوندهای پپتیدی اشاره کردند.
راینز گفت: “نمی توانم سهم عوامل دیگر را رد کنم، اما 200 میلیون سال زمان زیادی است و معتقدم برای توضیح آن به عاملی در سطح مولکولی و اتمی نیاز داریم.”
این تحقیق در مجله “ACS Central Science” منتشر شده است.