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发现控制生物换壳分子“开关”

  发现控制生物壳分子“开关”

  “颤音”是一个众所周知的生活现象,自然界的许多动物都有这种脱壳的能力。浙江大学化学系教授长江学者特聘教授唐瑞康最近的研究发现,这个“脱壳”过程是由一个“转换”控制的:在“关闭”的标志下,身体被储存并准备一个新的外壳,一旦“开启”信号出现,新的外壳就会迅速产生。这一发现为科学家提供了一个关于仿生控制的进一步研究的样本。将使生物材料更具可控性。
相关论文“基于镁 - 天冬氨酸晶体开关的甲壳动物脱落的启发”在“12月7日”国家发表的“基于天门冬氨酸镁的结晶开关启发甲壳动物壳蜕皮”美国科学院院士“(PNAS),在日常生活中选用甲壳类甲壳类(俗称”西瓜“)作为生物模型,并将甲壳虫的生活经历多次改变为壳。已经有研究发现成壳前体中的成壳碳酸钙处于无定形状态,并且在镁离子的作用下,这些不稳定的无定形碳酸钙保持在“亚稳态”,从而可以富集和储存在生物体内作为矿化前体,并准备好快速形成一个新的壳。这种生物制剂期间持续约2周。但是,这些生物如何准确地启动壳变,使矿物在短时间内从“亚稳状态”结晶,这是科学家们的一个谜。唐瑞康研究小组发现“转换”,他们在脱壳期研究了卷甲虫,发现富含酸性氨基酸的蛋白质如天门冬氨酸是另一个关键信号,蜱虫立即启动脱落过程,促使准备好的矿物前体处于“稳定状态”,形成一个新的壳体,在几个小时内完成自然状态。事实上, ,镁和酸性蛋白质在生物体内构成“转换”。唐瑞康解释说,动物脱落的过程可以理解为一个“结晶”的过程,其中矿物的过程经历了不稳定,亚稳态和稳态。镁离子是一个“封闭”的信号,暂时封闭了结晶过程,延长了碳酸钙的非结晶状态;而酸性蛋白是一个“开放”的信号,它出现在矿物非结晶状态的末端,促使矿物材料迅速结晶。研究小组成功地在实验室用镁和酸性氨基酸证明了这种晶体开关,也证明了这一原理在磷酸钙系统中仍然存在,并且是普遍的。唐瑞康表示,人类可以从生物材料的制备中得到启发,创造出一种“仿生开关”,使生物材料的合成变得更加可控,从而创造出各种结构和形式的功能性生物材料。这样的“转换”原理也可以进一步发展,用于控制人体内的生理矿化,如骨骼和牙齿的形成以及结石,血管钙化等病理性矿化。唐瑞康教授长期从事生物矿化的研究。 2008年,他发明了一种“穿衣服”的方法,把一个“壳”放在酵母上。 “壳是一个不存在的过程,现在的研究表明,这是选择穿什么和如何更好地穿它的方式。”生物矿化是指生物体中矿物质的形成,即生物矿化过程,人体的典型生物矿化过程包括骨骼,牙齿和其他生物硬组织的形成。常见的天然生物矿物有珊瑚,贝壳,珍珠,蛋壳等。 (来源:浙江大学周伟)

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