Новости химической науки > Водоросли подсказывают идею нового подводного клея

Исследователям удалось определить биохимический механизм, позволяющий уникальным морским водорослям быстро восстанавливаться после повреждения. Результаты работы могут помочь химикам-синтетикам в разработке новых адгезивных материалов, способных работать под водой.

Ареалом обитания зеленых морских водорослей dasycladus vermicularis являются теплые тропические воды. Самое удивительное в этих водорослях является то, что они одноклеточные – каждый индивидуальный организм, который может достигать в длину 2 см, представляет собой одну клетку. Эта особенность делает водоросли dasycladus vermicularis крайне уязвимыми в случае внешнего повреждения – существует опасность, что при повреждении клеточной мембраны все содержимое клетки может вытечь наружу. С целью увеличения жизнестойкости в результате эволюции у водорослей выработался механизм быстрого заживления любого повреждения мембраны за счет прочного биологического полимера, состоящего из поперечно-сшитых нитей белка и углеводов. Клетка начинает восстанавливать повреждения в считанные секунды после их получения, а через минуту восстанавливается полностью.

Чтобы установить биохимические основы столь быстрого реагирования клеток на внешнее раздражение и повреждение исследователи из группы Мэтью Веллинга (Matthew Welling) провели детальный анализ метаболитов, содержащихся как в целых, так и в поврежденных клетках D. vermicularis cells.

Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 1; DOI: 10.1002/anie.201100908

В неповрежденных клетках исследователи обнаружили 6,7-дигидроксикумарин-3-сульфат, стабильное гидроксилированное производное бензопиронкумарина. Известно, что в биологических системах гидроксикумарины участвуют в реакциях кросс-сочетания. В поврежденной клетке детектируется пероксид водорода и менее стабильный 3,6,7-тригидроксикумарин – ни одно из этих соединений не детектируется в неповрежденной клетке.

Исследователи сделали вывод, что в результате повреждения клетки высвобождаются ферменты-сульфатазы, способствующие отщеплению сульфатной группы от сульфатированной формы кумарина, приводя к образованию 3,6,7-тригидроксикумарина. Затем 3,6,7-тригидроксикумарин окисляется пероксидом водорода в присутствии с ферментов-оксидаз, образуя кислородсодержащий радикал, взаимодействующий с находящимися в непосредственной близости белками и углеводами. Кросс-сочетание может происходить при связывании амино- или сульфидрил-группы с одним из атомов кислорода кумаринового фрагмента, а другие аналогичные группы могут образовать связь с другим атомом кислорода кумариновой группы – именно таким образом происходит сшивка двух белковых или углеводных цепей.

Исследователи отмечают, что результаты их исследования – первый пример образования полимеров на основе кумарина в полностью водном окружении. Они предполагают, что результаты их исследования могут оказаться полезными для разработки новых клеящих веществ, способных отвердевать и удерживать склеенные поверхности под водой.

Херберт Вэйте (Herbert Waite), специалист по природным адгезивам, выделяемым из морских организмов из Университета Калифорнии (Санта-Барбара) отмечает, что водоросли dasycladus в результате эволюционного развития «научились» использовать сильные электроноакцепторные свойства сульфатной группы для защиты тригидроксикумарина от преждевременного окисления, и это, безусловно, представляет собой интересную стратегию, которую надо постараться использовать на практике.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 1; DOI: 10.1002/anie.201100908

метки статьи: #биохимия, #молекулярная биология, #органическая химия, #химия полимеров