恐龙胶原蛋白如何存活 1.95 亿年

胶原蛋白是哺乳动物最喜爱的蛋白质，在体内的使用率高于其他任何蛋白质。恐龙似乎也喜欢它，因为在一些化石中发现了它的踪迹，但直到现在化学家们才弄清楚这种通常很脆弱的分子是如何存活这么久的。

几十年前，胶原蛋白最出名的用途是注射到皮肤中，使人看起来更年轻。那时，它已经有了许多其他用途，例如加热制成糖果和果冻的明胶以及香肠的肠衣。在那之前，胶原蛋白胶至少在8000年前如今，它是许多食品中流行的添加剂，但它也构成了我们身体的很大一部分。

然而，我们并不指望在几千年前的化石中发现胶原蛋白，因为它是由肽键结合在一起的，而肽键在潮湿时会断裂。然而，一些令人惊叹的恐龙化石仍然有完整的胶原蛋白，包括一个禄丰龙可追溯到侏罗纪早期，1.95亿年前。

对于在室温下通常每 500 年就会失去一半键的蛋白质来说，这真是令人惊讶。新研究将这种幸存归因于一种应用泡利不相容原理，您可能还记得高中化学课上讲过的内容。

在正常情况下，水会通过水解破坏胶原蛋白的肽键，即使细菌无法到达它。干燥的环境可以延长其寿命——该胶水样本取自死海周围的沙漠——但自中生代以来，各地都有湿润期。

麻省理工学院的科学家试图解释胶原蛋白样本的存活情况，并发现羰基相互作用似乎是造成这种情况的原因。“我们提供的证据表明，这种相互作用可以防止水攻击肽键并将它们裂解。这与正常肽键的情况完全相反，”资深作者罗恩·雷恩斯教授在一篇陈述。

胶原蛋白中的关键键是相邻氨基酸中碳和氮分子之间的键。碳原子利用其形成四个键的能力，将两个键分配给氧原子以形成羰基，留下一个电子自由结合。

之前人们没有意识到的是，当这些羰基可以相互结合时，它们会形成防水连接。这就是泡利原理的用武之地。泡利意识到原子不能拥有轨道上具有特定自旋的多个电子。羰基-羰基键有效地最大化了可用轨道，使水中的电子无处可入，无法引发击穿。

Raines 的团队生产了两种具有胶原蛋白样成分的蛋白质，它们可以相互转化。他们将其中一种命名为顺式，另一种命名为反式（这两个术语在化学中很常见，但后来陷入了一场文化战争）。顺式蛋白质在接触水时会分解，但胶原蛋白样反式蛋白质由于轨道已填满，因此可以抵抗水的侵蚀。

“肽键要么是顺式的，要么是反式的，我们可以改变顺式和反式的比例。通过这样做，我们可以模仿胶原蛋白的天然状态，或者创造一种不受保护的肽键。我们发现，当肽键不受保护时，它很快就消失了，”雷恩斯说。

无论出于什么原因，6800 万年前的霸王龙以及一座 1.95 亿年前的禄丰龙（以及其他人）一定大部分是反式的，这使得它能够存活下来直到我们可以对它进行研究。

在其他蛋白质中也发现了类似的键，但在那些情况下，虽然键可能持续存在，但其余的蛋白质会被水解破坏。“胶原蛋白从一端到另一端都是三螺旋，”雷恩斯说。“没有薄弱环节，这就是我认为它能幸存下来的原因。”

恐龙和哺乳动物都广泛使用胶原蛋白，无论是在我们的骨骼中，还是在连接骨骼的韧带中，以及在人类中，这是有原因的。我们的皮肤. “胶原蛋白是将我们连接在一起的支架，”雷恩斯说，“胶原蛋白之所以如此稳定，并成为这种支架的最佳选择，是因为它与大多数蛋白质不同，是纤维状的。”

此外，我们的骨骼和韧带会接触到血液等水基液体。如果没有办法抵抗水解，我们身体中更持久的部分就需要不断重建，因此胶原蛋白对我们的长寿起着至关重要的作用。

本研究开放获取美国化学学会中央科学。