泡泡青蛙

当物理化学家艾伦·库珀到处寻找他在实验室样品分析时,他可能晚上小心翼翼地绕过一个古老的墓地在特立尼达,小心地不去打扰熟睡的水牛用来保持草短。布法罗的打滚吸引用青蛙(Engystomops pustulosus),它喜欢存款他们产卵。

然而,什么吸引了库珀和他的同事们是这些青蛙产卵的有趣的方式。鸡蛋的女性生产离合器与泡沫前驱液。男性,抓著她的后背和使用他的腿在一个快速运动“打蛋器”,鞭子液体泡沫质量而受精蛋,”Cooper说。结果导致泡沫巢有细菌滋生的鸡蛋白的一致性。令人惊讶的是,然而,它可以持续好几天甚至在热带高温和降雨。如果研究人员把鸡蛋,一个多星期的泡沫保持稳定。

库珀和同事在格拉斯哥大学,英国正在研究青蛙泡沫巢去找到那些以其显著的稳定性和生物分子提供spawn-protecting能力。小心不要剥夺幸福生活的任何未出生的青蛙在泥里,他们从网站收集泡沫巢产卵会注定在墓地,在任何情况下,它很可能第二天夷为平地的水牛。

库珀在1997年开始这项调查,结合生物学家马尔科姆·肯尼迪。当时,威康信托基金会发起了一项不寻常的项目提供资金,是不会得到支持,格兰特和该设备的团队是成功的应用程序。后续资金项目是间歇性的,库珀说,加上原材料的短缺,是为什么几年来实现。

一个家庭的泡沫蛋白质

但值得等待,库珀说,他和他的同事们已经发现了一个全新的蛋白质家族负责青蛙泡沫的不同寻常的特性,他们叫ranaspumins,来自拉丁词“青蛙”(rana)和“泡沫”(spuma)。^1、2物化的调查表明,这些蛋白质积累在空气与接口,从而稳定泡沫。¹这是非常令人惊讶的行为——的第一件事任何人处理蛋白质在实验室学习发泡是坏消息。泡沫通常表明蛋白质失去了原有结构,并重新排列,这样其疏水部分——通常藏在结构的核心——调整自己对气泡,而亲水的仍然固定在水相。如果实验室样本开始起泡,主人可能会发现,无论蛋白质活动之前将会消失。

考虑到青蛙蛋白质的异常行为,研究者开始着手研究他们的更多细节,找出背后是什么他们的非凡的稳定和表面活性剂的性质。他们发现发泡液体稀释(1 - 2毫克毫升¹蛋白质和碳水化合物)的解决方案。而碳水化合物仍uncharacterised,研究人员设法识别泡沫巢穴的六种不同的蛋白质大肠pustulosus1到6 - ranaspumins(工匠们)。

四的蛋白质,Rsn-3 Rsn-6,原来是凝集素家族的成员,一大群carbohydrate-recognising蛋白质,植物中首次发现现在在各种各样的生物。测试这些ranaspumins透露,他们确实结合碳水化合物-库珀和他的团队怀疑他们把蛋白质表面活性剂稳定的碳水化合物存在于网络泡沫,以及抑制微生物的生长,阻止捕食者。凝集素可以凝集细胞,让它们粘在一起——这可以抑制微生物的增殖,”Cooper说。的凝集素还可以充当anti-feedants给天敌腹痛,所以他们不会再回来。

剩下的两种蛋白质,Rsn-1似乎与半胱氨酸蛋白酶抑制物有关。这个家庭通常抑制protein-degrading蛋白酶酶——研究人员一直无法在青蛙蛋白检测等活动,尽管自然泡沫鸡尾酒确实抑制蛋白酶活性。最后,Rsn-2显示一个氨基酸序列与其他已知蛋白质科学无关,这就是为什么库珀和他的同事们仔细检查其结构更紧密。实验表明,这种蛋白质是最有效的降低表面张力和生产泡沫,即使没有其他组件,泡沫不会持续很长时间。

小说表面活性剂

使用核磁共振光谱学,合作者在格拉斯哥-布莱恩史密斯和卡梅隆Mackenzie解决Rsn-2的结构,并发现,像Rsn-1一样,它似乎有一个cystatin-like折叠模式。³是典型的半胱氨酸蛋白酶抑制物的结构,由一个平beta-pleated表用一个α螺旋挤在上面。

大部分蛋白质链的两端似乎非结构化的解决方案,这可能是它的表面活性剂性质的线索。而众所周知,完全展开(变性)蛋白泡沫,ranaspumins显示表面活性剂性质以低得多的浓度比普通变性蛋白质,所以还有一些解释。

表面活性剂性质和非结构化区域之间的联系就不会奇怪,Veronique Receveur-Brechot指出研究本质上非结构蛋白在法国国家研究中心(CNRS)单位核磁共振光谱学在马赛。β-酪蛋白的牛奶,例如,本质上是第一个无序蛋白质被发现。作为表面活性剂,它允许牛奶中胶束的形成[溶解重要营养素如磷酸钙],”她解释说。本质上的非结构化的蛋白质通常有高比例的带电或极性氨基酸。结合一个疏水的领域,这可能导致两亲性,表面活性。

迄今为止,确切的构象Rsn-2采用,因为它积累在泡沫的空气与接口仍有待确定。但基于其cystatin-like解决方案结构,库珀表明Rsn-2分子,在接近界面,打开hinge-like运动,分离的螺旋板,从而使分子的疏水部分的接口。非结构化,但两亲性N - c端地区可能提供驱动力,把“枢纽”打开空气界面,”库珀说。

与同事合作在德国哈雷,曼彻斯特,英国Cooper利用表面红外光谱法和中子反射实验中,这种机制的支持。测试它更直接,他的团队正在进行诱变Rsn-2,旨在消除非结构化的地区,或在二硫交联修复工程师铰链在一个封闭的位置。

蓝色是一个蓝精灵

除了用青蛙,还有其他几种热带青蛙物种产生biofoams来保护他们的产卵。其中,Polypedates leucomystax脱颖而出,因为它的泡沫巢蓝绿色一会儿。库珀和他的同事们研究了这些泡沫巢在实地考察马来西亚和最近确认颜色的原因是一个极不寻常的蛋白质,它们同样命名的彩色卡通英雄:ranasmurfin。⁴

Ranasmurfin容易形成深蓝晶体的质量,研究人员在与吉姆·奈史密斯和同事合作苏格兰圣安德鲁斯大学的结构蛋白质组学设施,英国,甚至不需要解决其氨基酸序列求出他们在看什么。蛋白质晶体结构的异常,他们可以直接从电子密度图识别氨基酸来自x射线衍射模式。任何歧义被质谱快速解决。

小说研究者发现蛋白质折叠模式,这是非常罕见的这些天,就有超过50000个蛋白质结构,和专家认为,只有几千完全不同的折叠。他们还发现了一个小说两个单元之间的交联,即indophenol-like集团从未被观察到蛋白质结构稳定。

使用光谱研究模型的蛋白质和物质,库珀的团队表明,这种不同寻常的组织也蓝色的来源特征。它出现了翻译修饰-蛋白质链上的氨基酸残基之间的化学反应发生在蛋白质合成和并入其天然构象,就像绿色荧光蛋白(GFP)的发色团,广泛使用的基因标记的发现被授予2008年诺贝尔化学奖。

虽然背后的化学ranasmurfin蛋白质的颜色似乎是清晰,里面会没有明显的生物原因个类似蓝精灵的阴影尚未出现解释为什么它已经进化到如此丰富多彩。可以想象,靛酚组可以有稳定的蛋白质起泡的异常压力的环境解决方案,和颜色可能是化学的副作用。或者,它可能已经进化到产卵的躲避阳光,或来迷惑捕食者。

Biofoams无处不在

这个开创性的跨学科工作激发了其他研究人员更密切地观察泡沫的巢穴,迄今为止只有被称为好奇的副产品青蛙繁殖。西阿拉瓦尼亚联邦大学的梅洛在福塔雷萨,巴西,现在类似的分析应用到泡沫热带青蛙在巴西东北部的巢穴,并已发现了一种表面活性剂Leptodactylus股,Lv-ranaspumin。⁵Lv-ranaspumin是表面活性剂蛋白质,包括近90%的大部分蛋白的泡沫,”梅洛解释道。这丝毫没有氨基酸序列相似性与ranaspumins Alan Cooper的团队报道,暗示这些ranaspumins的多样性。泡沫巢似乎在不同的独立进化系统发育血统。”

在南美大陆的对面,在智利海岸胡安·卡洛斯卡斯蒂利亚和他的团队在智利圣地亚哥最近表明,泡沫也保护海洋生物的产生,如潮间被囊类动物Pyura praeputialis。⁶

我们有证据表明biofoams岩石海岸,如果不是常见,至少由无脊椎动物物种的数量和类群,”卡斯提拉说。我们现场证据在智利biofoam生产一种海星和石鳖(软体动物)。可能产生Biofoams在落基潮间带保留鸡蛋在早期发展阶段,如青蛙。不像青蛙泡沫巢穴,然而,海洋biofoams被认为来自碳水化合物表面活性剂-蛋白质表面活性剂尚未确定海洋环境。

在其他生物设置,例如人类的肺,脂质生产biofoams作为表面活性剂。马汗是一个有趣的non-amphibian biofoam也使用蛋白质作为表面活性剂。Cooper-Kennedy团队正在研究这些蛋白质,latherins,第一个结果是即将出现。⁷

有用的泡沫

考虑青蛙泡沫保护敏感的非凡能力卵子和胚胎阶段在一个恶劣的环境充满了微生物,会立即认为潜在的医学应用,例如在伤口敷料,外科馅料,或者为组织再生矩阵。

与海伦·格兰特的斯特拉思克莱德大学的英国,库珀已经开始探索biofoams的应用潜力。初步实验表明,青蛙巢材料作为一种生物聚四氟乙烯:细胞不坚持材料。

其他应用程序可以想象在食物,衣服,和环境净化技术。然而,如果使用从来没有出现,它仍将是有用的发现有趣的细节关于青蛙的繁殖。与气候变化造成的种族灭绝的威胁,这些知识可以帮助拯救物种。蒂莫西·韦斯在卡迪夫大学的生物物理学家,英国的评论:“我跟着发展,他们之间的接口生殖生态和蛋白质化学,因为它会对可能的生物医学的进步。不管接下来会发生什么,它表明,我们需要支持好奇心驱动的研究。这是一个有趣的和有趣的旅程,如果你可以在一个新的蛋白质折叠包,新颖的交联,发色团在路上,那就更好了。”

迈克尔是一个基于科学作家总值牛津,英国