Deniz kestanesi proteini, iskelet yapılarının kendiliğinden toplanmasını sağlar
Kalsiyum karbonat veya CaCO3, dünya kabuğunun% 4'ünden fazlasını içerir. En yaygın doğal formları, küçük fosilleşmiş salyangoz kabuklarının, kabuklu deniz hayvanlarının ve mercanların milyonlarca yıldır sedimantasyonuyla üretilen tebeşir, kireçtaşı ve mermerdir.
New York Üniversitesi Dişhekimliği Koleji (NYU Diş Hekimliği) araştırmacıları, doğanın deniz kabuklarını, omurgasız dış iskeletlerini ve omurgalı kemiği, dentin ve emayeyi oluşturmak için üç boyutlu CaCO3 inorganik / organik bazlı materyaller oluşturduğunu inceliyorlar.
NYU Dişhekimliği Temel Bilimi ve Kranyofasiyal Biyoloji Bölümünde profesör olan John Evans, DMD, biyomedikallerin oluşumunu modüle eden proteinlerin araştırılmasına odaklanan bir araştırma grubunu yönetmektedir. artmış kırık ve delinme dirençleri.
Son zamanlarda Biyokimya'da yayınlanan bir makalede, Gaurav Jain, PhD, Dr. Evans'ın laboratuvarında bir doktora ve “A model deniz kestanesi dikenli matriks proteini, rSpSM50, “ cevherleşme sürecini modifiye eden ve düzenleyen bir hidrojeneratörüdür. CaCO3 matrisi, bir deniz kestanesi dikeninin içinde düzenlenmiştir (Bkz. Şekil 1). İlk olarak, bu dikenler tebeşirten başka bir şey değildir, ancak deniz kestanesi proteinleri ile birleştiğinde, yırtıcı hayvanlara ve sert okyanus koşullarına karşı en sert savunmayı sağlayan bir yapı yaratan küçük tuğla yığınları oluştururlar.
"Bir deniz kestanesi embriyo içindeki primer mezenşim hücreleri (PMCs), bu tuğlaların kalsiyum karbonat kristalleri katmanları halinde şekillendirildiği diktatör proteinlerin matrisi içinde amorf CaCO3 biriktirir", diyor Dr. Jain. "Ancak, bireysel splicule matrix proteinlerinin işlevsel ve montaj yetenekleri net değil. Şu anda bu proteinleri verimli 'tuğla düzenleyicileri' yapan şeyin ne olduğunu anlamak için deniz kestanesi embriyosunun spiküllerinde bulunan böyle bir proteini araştırıyoruz."
Araştırmacılar, bu spiküllerin içinde bulunan en bol ve iyi çalışılmış proteinlerden biri olan SM50'ye baktılar. SM50 proteininin rekombinant bir versiyonunun, rSpSM50'nin, solüsyonda hidrojel adı verilen küçük jöleye benzer yapıları oluşturan oldukça agregasyona eğilimli bir protein olduğunu bulmuşlardır. Bu 'jöleler' minik mineral nanopartiküllerini yakalar ve onları kristalli 'tuğlalara' dönüştürür. Ayrıca, rSpSM50 yüzey tekstüre edilmesine neden olur ve bu kristaller içinde rasgele birbirine bağlı gözenekli kanallar oluşturur.
Dr. Jain, “rSpSM50 ile ilgili benzersiz olan, “ jöleler ”içinde kalsiyum karbonat-kalsit ve vateritin iki farklı formunun oluşumunu ve düzenlenmesini teşvik etmesi ve genel yapıya kırılma direncini uyandırmasıdır.
Araştırmacılar, spikül oluşumundaki çok erken olaylar hakkında detayları ortaya koyan spesifik bir titrasyon yöntemi kullanmışlardır.
"rSpSM50, bulmacanın gerçekten önemli bir parçası olarak ortaya çıkıyor, çünkü oluşum kinetiğini yavaşlatıyor, ama sonunda bu tuğlaları oluşturan son derece küçük mineral parçacıkları stabilize etmiyor ya da stabilize etmiyor, " diyor, yazar Thomas Pendola, PhD.
CaCo3, uygarlığın başlangıcından bu yana ilkel araçları, müzik aletlerini ve el sanatları ürünlerini yapmak için her zaman bir erkeğin en gözde inşaat malzemesi olmuştur. Modern zamanlarda, CaCO3 kağıt, plastik, boya ve kaplama endüstrilerinde hem dolgu maddesi hem de özel beyaz rengi sayesinde bir kaplama pigmenti olarak en çok kullanılan mineraldir.
Dr. Evans, "ABD Enerji Bakanlığı tarafından finanse edilen mevcut araştırmamız, bilim adamlarının deniz kestanesi oluşumunda hayati önem taşıyan mineralizasyon ve montaj sürecini daha iyi anlamalarını sağlayacak" dedi. "Bizim nihai hedefimiz, bu proteinlerin moleküler özelliklerini saptamak için matrislerin toplanmasını, mineralleşmesini ve doğal olarak oluşan organik / inorganik iskelet yapılarının oluşumuna katılmasını sağlamaktır. Umut, spicule proteinlerinin kapsamlı bir şekilde anlaşılmasının Bir gün hafif "zırh" ve "kuvvetli" diş kompozitlerinin geliştirilmesinde kullanabileceği ayarlanabilir kırılabilir kırılmaya dayanıklı malzemeler. "