کشف راز حفظ کلاژن در فسیل چند میلیون ساله دایناسور‌ها

محققان MIT یک تعامل در سطح اتمی را شناسایی کرده اند که از شکستن پیوندهای پپتیدی آب جلوگیری می کند و ممکن است توضیح دهد که چرا کلاژن در فسیل های دایناسورها حفظ می شود.

به گزارش سرگرمی روز، کلاژن پروتئینی است که در استخوان و بافت همبند وجود دارد. این پروتئین در فسیل های متعلق به دایناسورها با قدمت 195 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 مؤسسه فناوری ماساچوست توضیحی درباره چگونگی حفظ کلاژن برای مدت طولانی‌تر از حد انتظار ارائه می‌دهد. محققان دریافتند 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، استاد شیمی MIT، گفت: «ما شواهدی به دست آوردیم که نشان می‌دهد این تعامل از حمله آب به پیوندهای پپتیدی و شکستن آنها جلوگیری می‌کند. این تنها در مواجهه با آنچه برای پیوند پپتیدی معمولی اتفاق می افتد، که نیمه عمر آن تنها 500 سال است، کار 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 ساخته 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 کلاژن را بسیار پایدار می کند و ویژگی خوبی برای این چارچوب است این است که بر خلاف اکثر پروتئین ها، فیبری است.

در دهه گذشته، دیرینه شناسان شواهدی مبنی بر حفظ کلاژن در فسیل دایناسورها، از جمله تیرانوسوروس رکس 80 میلیون ساله و ساروپودومورف 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 یک اتم کربن یک اسید آمینه و یک اتم نیتروژن از یک اسید آمینه مجاور تشکیل می شود. همچنین یک اتم کربن با یک اتم اکسیژن پیوند دوگانه ایجاد می کند و ساختار مولکولی به نام گروه کربونیل را تشکیل می دهد. اکسیژن کربونیل دارای یک جفت الکترون است که به هیچ اتم دیگری پیوند ندارند. محققان کشف کردند که این الکترون ها می توانند با گروه کربونیل متعلق به پیوند پپتیدی مجاور به اشتراک گذاشته شوند. از آنجایی که این جفت الکترون ها در پیوندهای پپتیدی درگیر هستند، مولکول های آب نمی توانند برای شکستن پیوند وارد ساختار شوند.

پارامجیت آرورا، پروفسور شیمی در دانشگاه نیویورک که در این تحقیق شرکت نداشت، گفت: این تحقیق بر اساس تلاش طولانی مدت گروه Raines برای نشان دادن نقش فعل و انفعالات 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 پر و خالی، پایداری ساختاری و هیدرولیز کلاژن را کنترل می کند.

پیش از این، برخی از دانشمندان توضیحات دیگری برای اینکه چرا کلاژن میلیون‌ها سال حفظ شده بود، ارائه کردند. از جمله به احتمال کم آبی استخوان ها و نرسیدن آب به پیوندهای پپتیدی اشاره کرده بودند.

راینز گفت: “من نمی توانم سهم سایر عوامل را رد کنم، اما 200 میلیون سال زمان زیادی است و من معتقدم که برای توضیح آن به عاملی در سطح مولکولی و اتمی نیاز داریم.”

این تحقیق در مجله ACS Central Science منتشر شده است.