Ученые раскрыли секрет "супер-клея" мидий и других моллюсков

31 июля 2011 года

Высокая устойчивость "супер-клея" морских мидий и его способность застывать в воде объясняется особенностями "коктейля белков", из которого он состоит - часть белков намертво приклеивает раковину моллюска к поверхности, а другое вещество не дает им "уплыть" и потерять сверхвысокую клейкость, пишут ученые в статье, опубликованной в журнале Nature Chemical Biology.

Многие двустворчатые моллюски ведут неподвижный образ жизни и способны прикрепляться к камням на морском дне и к отвесным скалам. Благодаря высокой клейкости биссуса - белковых нитей "супер-клея" - раковины остаются на месте даже при сильном течении. Биссус высоко ценился в античности и в средневековье, из него изготавливались ткань-виссон и особо прочные нити. Способность биссуса застывать в воде пока не удается воспроизвести искусственно.

Группа ученых под руководством Герберта Уэйта (Herbert Waite) из Калифорнийского университета в городе Санта-Барбара (США) изучила состав "супер-клея" калифорнийских мидий и то, как эти моллюски прикрепляются к твердой поверхности. Биологи заставили несколько моллюсков при помощи химических сигналов выделять клейкое вещество. Оказалось, что в его состав входит несколько белков, которые прикрепляются к поверхности при помощи водородных связей.

Эти связи образуются за счет перераспределения заряда между атомами водорода и кислорода, из-за которого возникает "зарядовая асимметрия" молекулы и один ее "конец" оказывается заряжен положительно, а другой отрицательно. К этим "заряженным" концам могут присоединяться другие атомы и молекулы. Водородная связь слабее по сравнению с "обычной" ковалентной связью, основанной на "обобществлении" электрона между двумя атомами. Однако водородная связь может возникать не только внутри молекул, но и между ними. Водородные связи, возникающие между молекулами воды, объясняют высокую температуру кипения и высокую вязкость воды.

Основным источником водородных связей в белковой основе "супер-клея" являются длинные "хвосты" леводопа или дигидроксифенилаланина - органического вещества-предшественника гормона допамина, которое в чистом виде является психоактивным средством и используется для лечения некоторых психических расстройств - в частности, болезни Паркинсона и мышечной дистонии. Белки mfp-3 и mfp-5 содержат несколько десятков таких "хвостов", что обеспечивает высокую клейкость этих молекул. С другой стороны, при контакте с молекулами кислорода в морской воде эти хвосты быстро окисляются и "отклеиваются".

Как выяснили авторы статьи, другой белок в составе "супер-клея" - mfp-6 - поглощает лишний кислород и восстанавливает окисленные хвосты леводопа. Этот белок уникален по своему устройству и вырабатывается только моллюсками. Антиокислительные свойства этого белка объясняются высоким удельным содержанием в его составе цистеина - аминокислоты с восстанавливающими свойствами. В отличие от большинства антиоксидантов, этот белок сохраняет свои свойства даже при высокой кислотности среды, необходимой для "застывания" белков mfp-3 и mfp-5.

Биологи отмечают, что этот белок обладает еще и другой функцией - отработавшая молекула mfp-6 связывается с несколькими белками mfp-5 и mfp-3 и создает прочную трехмерную структуру, соединяющую раковину и поверхность скалы или камня. Таким образом mfp-6 выполняет несколько задач - он способствует сохранению высокой клейкости других белков, и формирует их последующую структуру.

По мнению ученых, мидии и другие моллюски пока являются единственными существами, способными контролировать кислотность и содержание кислорода во внешней среде.