Раскрыт молекулярный механизм липкости мидий и устриц

Химики из Университета Калифории раскрыли молекулярный механизм, благодаря которому мидии и другие моллюски могут прикрепляться к камням в соленой воде. Эта способность оказалась связана с выработкой специальных белков, содержащих одновременно два типа аминокислот: тех, что обеспечивают связывание с поверхностью и тех, что расчищают эту поверхность для связывания. Исследование опубликовано в Science, также о нем можно прочитать в редакционной статье журнала.

Белки, которые используют мидии для закрепления на поверхности, ранее уже были известны ученым. Также было понятно, что важную роль в связывании играет содержащаяся в них модифицированная аминокислота (L-DOPA), которая не входят в репертуар 20 «стандартных» аминокислот обычных белков. В ее боковой группе содержится остаток бензола с двумя соседними гидроксильными группами, которые могут выступать в роли «клешней», связывающихся с отрицательно заряженной поверхностью.

Однако как именно происходит связывание и почему его не удается воспроизвести в лаборатории, было до сих пор не ясно.

Ученые обратили внимание на то, что подобные L-DOPA группы содержатся и в сидерофорах – веществах, которые бактерии выбрасывают в окружающую среду для извлечения из нее железа. Использовав синтетические сидерофоры в качестве модели липких белков, ученые смогли определить, какие именно химические группы необходимы для связывания с твердой поверхностью под морской водой: раствор синтетических сидерофоров помещали между двумя пластинками слюды, а затем сжимали их и растягивали, фиксируя силу связывания.

Оказалось, что для достижения природной липкости одних только аминокислот с «гидроксильными клешнями» недостаточно: в морской воде содержится огромное количество катионов, которые экранируют поверхность субстрата, не давая с ней связываться. Чтобы обеспечить склеивание, нужно сначала вытолкнуть эти катионы с помощью других положительно заряженных ионов, — например, остатков лизина, входящих в ту же самую молекулу липкого белка. Только после этого прочное связывание L-DOPA с поверхностью субстрата станет возможно. Сидерофоры с одной только L-DOPA (и без лизина) в морской воде почти не связывались с поверхностью, хотя в дистилляте связывание было довольно сильным.

Исследование механизма связывания имеет большое значение не только для биологии (оно позволяет отследить, то, когда и как у моллюсков появилась способность плотно прикрепляться к субстрату по анализу соответствующих белков). Ученые полагают, что на основе понимания механизма работы исследованных белков им удастся создать вещества, подходящие для прочного склеивания поверхностей в морской воде.