Переключение хиральности в биоминеральных структурах
Исследователи из Университета Макгилла открыли механизм, позволяющий синтезировать спиральные биоминеральные структуры, закрученные по или против часовой стрелки, используя только лево- или правоверсию одной кислой аминокислоты.
Профессор Марк Макки и его команда, совместно с коллегами из Университета Джонса Хопкинса, выяснили, как некоторые биологические структуры — например, раковины наземных и морских улиток — могут иметь как право-, так и левовинтовые спирали не только в пределах одного вида, но и в раковине одного организма.
В статье, опубликованной в Science Advances, команда сконструировала хиральные геликоидальные структуры из биоминерала карбоната кальция (CaCO3) простым добавлением специфических аминокислот.
Примечательно, что они могли заставить геликоиды закручиваться по или против часовой стрелки, используя только лево- (L) или правоверсию (D) аминокислот аспарагиновой и глутаминовой кислот — которые в изобилии содержатся в белках, направляющих процессы биоминерализации у многих организмов.
«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, чья нормальная функция поддерживает равновесие за счет гравитационного восприятия и обнаружения линейного ускорения. Наша работа предсказывает, как могут возникать патологические хиральные мальформации в человеческих отокониях, и однажды может быть использована для разработки терапии вертиго (потери равновесия) на основе этого понимания».
Что такое хиральность?
Объекты, являющиеся зеркальными отражениями друг друга, считаются хиральными, если их невозможно совместить в пространстве. Подобно тому, как наши левая и правая руки являются несовместимыми зеркальными изображениями, многие молекулы также хиральны. Аминокислоты, строительные блоки белка, имеют хиральные формы: левовращающую (L) и правовращающую (D).
Ученые изначально предполагали, что биологические спиральные структуры — такие как раковины улиток — могут быть объяснены действием хиральных молекул, заставляющих их закручиваться по или против часовой стрелки. Однако в природе, где иногда встречаются оба направления вращения, это не может быть так, поскольку в биологических процессах обычно участвуют только L-аминокислоты и биомолекулы. Новое исследование показывает, как это возможно.