Вчені розповіли, як колаген динозаврів витримав випробування часом

Скам’янілості динозаврів виявили дивовижне відкриття — колаген, білок, який міститься в кістках, шкірі, м’язах і зв’язках, був виявлений у зразках віком 195 мільйонів років. Це значно перевищує очікуваний період напіврозпаду пептидних зв’язків, які зазвичай руйнуються протягом 500 років. Таке чудове відкриття кидає виклик давнім припущенням про те, як біологічні матеріали з часом розкладаються.

Як правило, білки є одними з перших компонентів, які зникають зі скам’янілостей, залишаючи лише тверді мінерали, такі як кістка. Проте у випадку цих стародавніх динозаврів колаген якимось чином зберігся, пропонуючи вченим унікальну можливість досліджувати молекулярне збереження абсолютно по-новому.

Колаген динозаврів кидає виклик часу

Нещодавнє дослідження, проведене Массачусетським технологічним інститутом (MIT), пояснює, як колаген може вижити набагато довше свого очікуваного терміну служби. Дослідники виявили особливу взаємодію на атомному рівні, яка захищає колаген від атак молекул води, утворюючи барикаду, яка перешкоджає розриву пептидних зв’язків через гідроліз.

Старший автор дослідження Рон Рейнс, професор хімії Firmenich в Массачусетському технологічному інституті, співпрацював із провідним автором і постдок Джиньі Ян, постдок Волгою Коджасой та аспірантом Джерардом Портером.

«Ми надаємо докази того, що ця взаємодія перешкоджає воді атакувати пептидні зв’язки та розривати їх. Це просто суперечить тому, що відбувається зі звичайним пептидним зв’язком, період напіврозпаду якого становить лише 500 років», – пояснив професор Рейнс.

Гнучкість колагену динозавра

Колаген необхідний для біологічних структур, особливо через його міцний волокнистий склад. Виготовлений з довгих переплетених білкових ниток, які утворюють потрійну спіраль, колаген надзвичайно стабільний.

«Колаген — це каркас, який тримає нас разом», — сказав професор Рейнс. «Що робить білок колагену таким стабільним і таким хорошим вибором для цього скелета, так це те, що на відміну від більшості білків, він волокнистий».

Докази наявності колагену були знайдені навіть у скам’янілостях динозаврів, включаючи скам’янілості тиранозавра рекса віком 80 мільйонів років і скам’янілості зауроподоморфа віком майже 200 мільйонів років.

Секрети довговічності колагену

Пептидні зв’язки колагену, утворені між атомами вуглецю та азоту, стійкі до гідролізу через свою структуру. Ці зв’язки також включають подвійний зв’язок з киснем, утворюючи молекулярну структуру, відому як карбонільна група. Карбонільний кисень може ділитися своїми незв’язаними електронами з сусіднім пептидним зв’язком, не даючи воді порушити структуру.

Щоб перевірити це, команда створила два міміки колагену. Один імітатор утворив потрійну спіраль (транс), а інший мав обертові пептидні зв’язки (цис). Дослідники виявили, що вода може проникати і порушувати цис-форму, тоді як транс-форма протистоїть пошкодженню водою.

«Пептидний зв’язок є або цис-, або транс-, і ми можемо змінити співвідношення цис-транс. Роблячи це, ми можемо імітувати природний стан колагену або створити незахищений пептидний зв’язок. І ми побачили, що коли він був незахищений, це було недовго для світу», – зазначив професор Рейнс.

Безсмертний білок

На відміну від інших білків, колаген повністю складається з потрійних спіралей без слабких ланок. «Колаген складається з трьох спіралей, від одного кінця до іншого. Немає слабкої ланки, і тому я думаю, що він вижив», — сказав професор Рейнс.

У той час як інші гіпотези припускають, що зневоднення або інші фактори можуть сприяти довговічності колагену, дослідження MIT вказують на унікальний молекулярний захист як ключовий фактор.

«Я не можу скидати з рахунків внесок інших факторів, але 200 мільйонів років — це довгий період, і я думаю, що вам потрібно щось на молекулярному рівні, на атомному рівні, щоб це пояснити», — зазначив Рейнс.

Збереження колагену та білка динозаврів

Відкриття колагену динозаврів і його здатності виживати протягом сотень мільйонів років відкриває нові можливості для вивчення збереження та скам’яніння білка. Ці знахідки можуть революціонізувати підхід вчених до вивчення стародавнього життя, уможлививши точніші реконструкції доісторичної біології.

Крім того, у таких галузях, як палеобіологія та біотехнологія, розуміння того, як білки протистоять деградації з часом, може надихнути на нові технології та застосування. Оскільки дослідники продовжують досліджувати тонкощі колагену, таємниці того, як стародавні білки кидають виклик часу, можуть призвести до ширших наукових проривів, які охоплюють кілька дисциплін, від археології до біоінженерії. Дослідження опубліковано в журналі ACS Central Science.