本报杭州12月20日电“金蝉脱壳”是人们熟知的一种生命现象,自然界中许多动物都有这种换壳的本领。教育部“长江学者奖励计划”特聘教授、浙江大学化学系教授唐睿康带领团队的最新研究发现,这种“换壳”过程是受一个“开关”控制的:在“关”的信号下,矿物在体内储存并为新壳准备,而当“开”的信号
课题组选取了日常环境中常见的甲壳动物―卷甲虫(俗称“西瓜虫”)作为生物模型。他们对处于换壳时期的卷甲虫进行了研究,发现富含酸性氨基酸如天冬氨酸的蛋白质是另一个关键的信号。在它的作用下,卷甲虫立即启动换壳过程,促使处于准备状态的矿物质前体迅速走向“稳定状态”从而形成新壳,在自然状态下,这个过程在短短的数小时之内完成。
“事实上,镁离子和酸性蛋白质共同构成了一个生物界中‘开关’。”唐睿康解释说,动物的换壳过程可以理解为一个“结晶”的过程,矿物质在这个过程中经历了非稳定态、亚稳定态和稳定态。镁离子是一个“关”的信号,暂时关闭了结晶过程,延长了碳酸钙非结晶状态;而酸性蛋白是一个“开”的信号,它的出现结束了矿物的非结晶状态,促发了矿物质的迅速结晶。课题组通过镁和酸性氨基酸在实验室里成功地演示了这个结晶开关,还证明了这一原理还存在于磷酸钙体系,具有普适性。
唐睿康说,人类在制备生物材料时可以从中获得灵感,制造出一种“仿生开关”,这样,生物材料的合成就可以变得更加可控,制造出各种结构、形态和功能的生物材料。这样的“开关”原理也可以进一步发展用于控制人体内的生理性矿化过程,如骨、牙的形成及病理性矿化如结石、血管钙化等。
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