Изучение роли белков в рождении жемчужины приведет к созданию прочных стоматологических материалов 09-10-2017 Исследователи из Стоматологического Колледжа при Университете Нью-Йорка (NYU Dentistry) сообщили о роли двух белков, регулирующих процессы формирования жемчуга. Исследование было опубликовано в Интернете в июле в журнале Biochemistry, журнале Американского химического общества.
Жемчуг - это самое красивое творение природы. Под его радужной поверхностью лежит жесткая и упругая структура из кристаллов карбоната кальция, объединенная белками.
Жемчуг является побочным продуктом защитного механизма раковины. При попадании в раковину на мантию моллюска инородного тела, такого как песчинка или паразитирующие организмы, вокруг него начинает формироваться защитный слой. Эпителиальные клетки, попадающие внутрь ткани мантии путем клеточного деления, размножаются и образуют мешочек, который обволакивает инородное тело. Далее эта полость заполняется матричными белками, а затем и минералами.
Минерал состоит из двух компонентов карбоната кальция: внутреннего призматического слоя, известного как кальцит, и самого внешнего слоя, известного как арагонит или блестящий слой. Оба слоя химически схожи с раковиной самого моллюска.
"В случае японского жемчужного моллюска Pinctada fucata, который создает драгоценные жемчужины для жемчужной индустрии, процесс образования жемчуга опосредуется 12-членным белковым семейством, известным как Pantada Fucata Mantle Gene (PFMG). Два белка PFMG1 и PFMG2 являются частью протеома PFMG, который не только формирует жемчужину, но и действует как "ремонтная бригада", участвующая в формировании и восстановлении оболочки", - пояснил Джон С. Эванс, профессор фундаментальной науки и черепно-лицевой биологии в NYU Dentistry и автор исследования.
Об этих белках мало, что известно, кроме того, что они выявлены в ткани мантии моллюска. Используя рекомбинантные версии PFGM1 и PFMG2, авторы использовали несколько методов для изучения поведения белков и кристаллов в различных условиях, имитирующих океанскую воду.
"Мы обнаружили, что PFMG1 и PFMG2 объединяются для образования гидрогеля, и в пределах этого гидрогеля каждый белок играет определенную роль. PFMG2 определяет размер гидрогелевых узлов и регулирует внутреннюю структуру белковых пленок, тогда как PFMG1 повышает стабильность крошечных ионных кластеров, которые объединяются, чтобы сформировать слои карбоната кальция из жемчуга", - сказал Гаурав Джайн, доцент, докторант лаборатории доктора Эванса и ведущий автор исследования.
Когда минеральные кристаллические формы PFMG1 и PFMG2 работают вместе и наносят последний штрих на жемчуг, образуются внутренние пористости.
«Жемчуг состоит из 95% карбоната кальция и 5% органической матрицы, что делает жемчуг примерно в 1000 раз более жестким, чем чистый карбонат кальция, это один из самых упругих и легких материалов, найденных в живом организме", - сказал Джайн.
Это исследование не только способствует пониманию базовых молекулярных механизмов формирования жемчужина, которая может иметь последствия для качества и производительности в жемчужной индустрии, но также может помочь в разработке материалов, устойчивых к разрушению. Эти эластичные материалы могут иметь множество применений, в том числе в производстве улучшенных стоматологических имплантатов, материалов для аэрокосмических применений или передачи энергии.