Химики из Южно-Уральского государственного университета раскрыли секреты того, как белки и отдельные аминокислоты соединяются с «неживой» материей, что ускорит создание искусственных аналогов костей, не раздражающих организм. Их выводы были опубликованы в журнале Langmuir .

«Выводы наших практических измерений во многом дополняют уже существующую теорию. Например, мы подтвердили предположение, что отрицательно заряженные кислоты гораздо слабее взаимодействуют с наночастицами, чем основные аминокислоты. Наша команда впервые показала, насколько слабее», – рассказывает Олег Большаков из Южно-Уральского государственного университета в Челябинске.

Одна из самых необычных способностей живых существ – умение «выращивать» кости, клювы, раковины, шипы и прочие образования, состоящие по большей части не из органических, а неорганических соединений. По своей структуре они обычно представляют собой конструкцию из множества мелких кристаллов, «сшитых» друг с другом белками и другими аморфными соединениями.

Биологи, физики и нанотехнологи давно изучают структуру костей и работу генов, отвечающих за их формирование, в надежде научиться создавать аналогичные материалы и управлять ростом подобных тканей. Вдобавок, это поможет понять, почему иммунитет не атакует подобные «инородные тела» и создать искусственную замену для них.

Как передает пресс-служба «Проекта 5–100», четыре года назад к этим исследованиям присоединились Большаков и его коллеги по университету. Они начали изучать то, как белковые молекулы соединяются с различными неорганическими наночастицами и участвуют в их росте и склеивании друг с другом.

Практически сразу ученые столкнулись с серьезной проблемой – белки, участвующие в процессе минерализации костей и других твердых тканей тела, выделить в свободном виде практически невозможно.

Поэтому они начали экспериментировать не с их молекулами, а с аминокислотами, из которых собраны нити этих пептидов-«строителей».

Эти опыты ученые проводили не с кристаллами апатитов или других биоминералов, а с двуокисью титана – популярным наноматериалом, который сегодня активно используется в различных катализаторах и недавно был включен в состав «вечных» противокариесных пломб, созданных в России.

Получив некоторое количество подобных наночастиц, челябинские химики обработали их растворами 19 базовых аминокислот и проследили за формированием связей между «живым» и «неживым» миром. Для этого они получили их «атомные» фотографии при помощи сканирующих электронных микроскопов, рентгеновских излучателей и других научных приборов.

Как показал анализ этих снимков и теоретические расчеты на их базе, сила сцепления аминокислот и наночастиц сильно различалась для каждого типа «кирпичиков» белков, причем определяющую роль в этом играли так называемые аминогруппы, группы из одного атома азота и двух атомов водорода.

В ближайшее время ученые представят более детальный анализ того, как именно происходит их «сцепление» с поверхностью частиц из двуокиси титана. Как надеются Большаков и его коллеги, данные их экспериментов и теоретические расчеты помогут как улучшить свойства неорганических наночастиц, так и приблизиться к разгадке тайн биоминералов.