Хотя известно, что жемчуг состоит из карбоната кальция с органическим матричным ядром, роль белков, регулирующих организацию этих кристаллов, до недавнего времени была неясной.
Исследователи из стоматологического колледжа Нью-Йоркского университета (NYU Dentistry) сообщили о роли двух таких белков, первое в своем роде исследование с двумя белками, которые регулируют процессы, приводящие к образованию жемчуга. Исследование было опубликовано онлайн в июле в журнале Biochemistry, журнале Американского химического общества.
Жемчуг — это побочный продукт защитного механизма устрицы, образующийся в ответ на повреждение ткани мантии раздражителем, например паразитом или песчинкой. Отделенные клетки попадают во внутреннюю ткань, где они размножаются и образуют закрытую мешковидную структуру, закрывающую поврежденные остатки.
Затем эта полость заполняется матриксными белками, а затем минеральными.
Минерал состоит из двух компонентов карбоната кальция: внутреннего призматического слоя, известного как кальцит, и самого внешнего слоя, известного как арагонит, или блестящего слоя. Оба слоя химически похожи на саму раковину устрицы.
«В случае Pinctada fucata, японской жемчужной устрицы, которая создает драгоценный жемчуг для жемчужной индустрии, процесс образования жемчуга опосредуется белком семейства из 12 членов, известным как Pinctada Fucata Mantle Gene, или PFMG. PFMG1 и PFMG2 являются частью этого протеома PFMG, который не только формирует жемчужину, но и действует как «обслуживающая бригада», участвующая в формировании и ремонте оболочки », — пояснил Джон С. Эванс, доктор медицинских наук, доктор философии, профессор фундаментальных наук и черепно-лицевой биологии в стоматологии Нью-Йоркского университета и автор-корреспондент исследования.
Об этих белках известно немного, за исключением того, что они экспрессируются в ткани мантии устрицы. Используя рекомбинантные версии PFGM1 и PFMG2, авторы использовали несколько методов характеризации для изучения поведения белков и кристаллов в различных условиях, имитирующих океанскую воду.
«Мы обнаружили, что PFMG1 и PFMG2 объединяются, образуя гидрогель, и в этом гидрогеле каждый белок играет определенную роль. PFMG2 определяет размер гидрогелевых сборок и регулирует внутреннюю структуру белковых пленок, тогда как PFMG1 повышает стабильность крошечных ионных кластеров, которые объединяются, чтобы сформировать слои жемчуга из карбоната кальция », — сказал Гаурав Джайн, доктор философии, научный сотрудник Dr.
Лаборатория Эванса и ведущий автор исследования.
«Однако, как только кристаллы минерала образуются, PFMG1 и PFMG2 работают вместе и вносят последние штрихи в жемчуг, синергетически изменяя поверхности кристаллов минералов и создавая внутренние пористости. Взаимодействие между обоими белками усиливается ионами кальция, возможно, из-за взаимодействий между различными доменами PFMG1 и PFMG2 », — сказал Мартин Пендола, доктор философии, также научный сотрудник Dr.
Лаборатория Эванса, соавтор исследования.
«Жемчуг — который, по сути, представляет собой вывернутую наизнанку версию раковины моллюска — состоит из 95 процентов карбоната кальция и 5 процентов органической матрицы. Этот состав делает жемчуг примерно в 1000 раз прочнее, чем чистый карбонат кальция, и он является одним из самых эластичных и легких материалов, имеющихся в живом организме », — сказал Джайн.
Это исследование не только способствует пониманию основных молекулярных механизмов образования жемчуга, которые могут иметь значение для качества и производительности в жемчужной промышленности, но также могут помочь в разработке устойчивых к разрушению материалов. Эти эластичные материалы могут иметь множество применений, в том числе в производстве улучшенных зубных имплантатов, материалов для аэрокосмической промышленности или передачи энергии.