Кремниевые частицы запускают жизнь в белках

Бесформенные частицы в водном растворе приобретают упорядоченную и функциональную структуру при контакте с наночастицами кремнезема (SiO₂). Это открытие исследователей из Университета Линчёпинга (Швеция) создает новые возможности в медицине и биохимии, а также дополняет теории о происхождении жизни.

Обычно неорганические материалы, такие как кремнезем, нарушают форму и функцию белков в биологических системах.

«Мы хотели перевернуть мышление и попытаться спроектировать белки, которые приобретают свою функцию только после встречи с неорганической поверхностью», — говорит профессор молекулярной биотехнологии Бенгт-Харальд Йонссон.

Его команда сконструировала пептид (короткий белок) со специфическим распределением положительных зарядов. Пептид смешали с раствором сферических частиц кремнезема диаметром около 9 нанометров (нм). В свободном состоянии в растворе пептид не имел никакой структуры, но при связывании с отрицательно заряженной частицей кремнезема он принимал форму спирали. В результате образовался комплекс из частицы кремнезема и функционального белка.

Когда исследователи добавили к своему пептиду аминокислоты, комплекс приобрел свойства катализатора — функцию, аналогичную ферментам в живых клетках.

Метод имеет несколько потенциальных областей применения:

• распознавание органических молекул;
• катализ химических реакций с точным контролем;
• целевые частицы для медицинского применения.

Этот успешный эксперимент также может пролить свет на вопрос о происхождении жизни. Частицы глины, содержащие кремнезем в «первичном бульоне», могли притягивать неструктурированные пептиды с присоединенными аминокислотами и дать начало первым функциональным белкам.

«Мы знаем, что РНК (которая играет решающую роль в передаче информации в клетках) может связываться с частицами глины, имеющими отрицательно заряженную поверхность. Вероятность того, что пептиды с аминокислотами сформировали хорошо определенные структуры с глиной на ранней стадии развития, значительно выше, поскольку они более разнообразны, чем РНК», — отмечает Бенгт-Харальд Йонссон.

Цитирование: M. Lundqvist, P. Nygren, B.H. Jonsson, and K. Broo: Introduction of structure and function in a designed peptide upon absorption on a silica nanoparticle, Angewandte Chemie 2006, 45.
Источник: Linköping University.