کشف راز حفظ کلاژن در فسیل چند میلیون ساله دایناسور‌ها

پژوهشگران دانشگاه «ام‌آی‌تی» یک تعامل را در سطح اتمی شناسایی کرده‌اند که از شکسته شدن پیوند‌های پپتیدی توسط آب جلوگیری می‌کند و می‌تواند دلیل حفظ شدن کلاژن در فسیل دایناسور‌ها را توضیح دهد.

به گزارش ایسنا، کلاژن یک پروتئین است که در استخوان‌ها و بافت همبند یافت می‌شود. این پروتئین در فسیل‌های متعلق به دایناسور‌هایی با قدمت ۱۹۵ میلیون سال یافت شده است. عمر کلاژن یافت‌شده در فسیل دایناسور‌ها به مراتب بیشتر از نیمه عمر طبیعی پیوند‌های پپتیدی است که پروتئین‌ها را در کنار هم نگه می‌دارند.

پژوهش جدید دانشگاه «ام‌آی‌تی» (MIT) یک توضیح را برای چگونگی حفظ شدن کلاژن به مدت طولانی‌تر از حد انتظار ارائه می‌دهد. پژوهشگران دریافتند که یک تعامل ویژه در سطح اتمی، از کلاژن در برابر حمله مولکول‌های آب محافظت می‌کند. این تعامل از شکست پیوند‌های پپتیدی آب طی فرآیند موسوم به «هیدرولیز» جلوگیری می‌کند.

«ران رینز» (Ron Raines) استاد شیمی دانشگاه ام‌آی‌تی گفت: ما شواهدی را به دست آورده‌ایم مبنی بر اینکه این تعامل مانع از حمله آب به پیوند‌های پپتیدی و شکستن آن‌ها می‌شود. این فقط در رویارویی با آنچه درباره پیوند پپتیدی معمولی رخ می‌دهد و نیمه عمر آن تنها ۵۰۰ سال است، عمل می‌کند.

کلاژن فراوان‌ترین پروتئین در بدن حیوانات است و نه تنها در استخوان‌ها بلکه در پوست، عضلات و رباط‌ها نیز یافت می‌شود. کلاژن از رشته‌های طولانی پروتئین ساخته شده است که در هم تنیده شده‌اند و یک مارپیچ سه‌تایی پیچیده را تشکیل داده‌اند. رینز گفت: کلاژن یک چارچوب است که اعضای تشکیل‌دهنده بدن ما را به هم متصل می‌کند. چیزی که کلاژن را بسیار پایدار می‌کند و ویژگی خوبی برای این چارچوب به شمار می‌رود، این است که برخلاف بیشتر پروتئین‌ها، فیبری است.

در دهه گذشته، دیرین‌زیست‌شناسان شواهدی را مبنی بر حفظ کلاژن در فسیل دایناسور‌ها از جمله فسیل ۸۰ میلیون ساله «تیرانوسوروس رکس» (Tyrannosaurus rex) و فسیل «ساوروپودومورف» (Sauropodomorph) که نزدیک به ۲۰۰ میلیون سال قدمت دارد، یافته‌اند.

آزمایشگاه رینز در طول ۲۵ سال گذشته به مطالعه کلاژن و چگونگی عملکرد ساختار آن پراخته‌اند. آن‌ها در پژوهش جدید خود نشان دادند چرا پیوند‌های پپتیدی که کلاژن را در کنار هم نگه می‌دارند، در برابر تجزیه شدن توسط آب بسیار مقاوم هستند.

پیوند‌های پپتیدی بین یک اتم کربن از یک آمینواسید و یک اتم نیتروژن از آمینواسید مجاور تشکیل می‌شوند. همچنین، اتم کربن با یک اتم اکسیژن پیوند دوگانه ایجاد می‌کند و یک ساختار مولکولی را به نام گروه کربونیل تشکیل می‌دهد. اکسیژن کربونیل دارای یک جفت الکترون است که با هیچ اتم دیگری پیوند ایجاد نمی‌کنند. پژوهشگران دریافتند این الکترون‌ها را می‌توان با گروه کربونیل متعلق به پیوند پپتیدی مجاور به اشتراک گذاشت. از آنجا که این جفت الکترون به پیوند‌های پپتیدی وارد می‌شوند، مولکول‌های آب نمی‌توانند به ساختار وارد شوند تا پیوند را مختل کنند.

«پارامجیت آرورا» (Paramjit Arora) استاد شیمی «دانشگاه نیویورک» که در این پژوهش شرکت نداشت، گفت: این پژوهش براساس تلاش بلندمدت گروه رینز برای نشان دادن نقش یک تعامل بنیادی نادیده گرفته‌شده در ساختار پروتئین انجام شده است. پژوهش آن‌ها مستقیما به یافته‌های قابل توجه درباره کلاژن دست‌نخورده در فسیل ۱۹۵ میلیون ساله دنده‌های یک دایناسور می‌پردازد و نشان می‌دهد که هم‌پوشانی اوربیتال‌های اتمی پر و خالی، ثبات ساختاری و هیدرولیزی کلاژن را کنترل می‌کند.

پیش از این، برخی از دانشمندان توضیحات دیگری را برای دلیل حفظ کلاژن به مدت میلیون‌ها سال ارائه کرده بودند. از جمله به این احتمال اشاره کرده بودند که استخوان‌ها بسیار کم‌آب شدند و هیچ آبی به پیوند‌های پپتیدی نرسیده است.

رینز گفت: من نمی‌توانم مشارکت عوامل دیگر را نادیده بگیرم، اما ۲۰۰ میلیون سال زمان زیادی است و من معتقدم برای توضیح دادن آن به یک عامل در سطح مولکولی و اتمی نیاز داریم.

این پژوهش در مجله «ACS Central Science» به چاپ رسید.