Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рисунок 1. а) Коллаген до минерализации. b) Коллаген после 24-часовой минерализации. c) Коллаген после 48-часовой минерализации. d) Распределение электронной плотности для коллагена до минерализации. e) Распределение электронной плотности для коллагена после 24-часовой минерализации. f) Распределение электронной плотности для коллагена после 48-часовой минерализации.
Рисунок 2. a) Распределение массовой плотности в фибриллах. b) Электростатическая энергия вдоль микрофибриллы. Синяя область на графике соответствует участку микрофибриллы с наименьшей электростатической энергией, через который проникают кристаллы ГАП. с) Дзета-потенциал минеральной фазы и других компонентов раствора.

Коллаген - всего лишь каркас!?

Ключевые слова:  биомиметика, биоминерализация, коллаген

Опубликовал(а):  Шуваев Сергей Викторович

28 октября 2010

Кость - это природный композит, состоящий из органической и неорганической составляющей. Важнейшими органическими составляющими костной ткани являются коллаген и протеогликаны. Эти белки образуют межклеточный матрикс, в котором выстраиваются апатитовые структуры. Однако процесс образования костной ткани, в котором принимают участие ряд белков, еще не до конца исследован. В частности, до сих пор не ясно, какое влияние оказывает коллаген на процесс биоминерализации. К настоящему времени исследователи сходятся во мнении, что на процесс биоминерализации в основном влияют неколлагеновые белки, а коллаген выполняет главным образом роль каркаса.

Чтобы подтвердить или опровергнуть выдвинутое предположение, международный коллектив ученых предложил исследовать процесс минерализации коллагена in vitro, заменив неколлагеновые белки на полиаспаргиновую кислоту (pAsp), известную как ингибитор кристаллизации гидроксиаппатита (ГАП). Для этого авторы статьи использовали фибриллярный коллаген I типа, выделенный из сухожилия лошади, который был помещен в минеральный раствор CaCl2, K2HPO4 и pAsp. Спустя 72 часа методом криогенной электронной томографии были обнаружены тарельчатые кристаллы внутри фибриллы коллагена, подобно тем, которые образуются в фибриллах коллагена в костных тканях живых существ.

Чтобы проанализировать механизм образования кристаллов ГАП внутри фибрилл коллагена исследователи проанализировали фибриллы после 24, 48 и 72 часов, применяя контрастирование уранилацетатом, который присоединяется как к положительно, так и к отрицательно заряженным аминокислотам коллагена, что приводит к локальному увеличению массовой плотности. Спустя 24 часа после помещения фибрилл в минеральный раствор, частицы ГАП были обнаружены снаружи фибриллы и входящие в нее (рис.1). Стоит отметить, что точки входа кристаллов в фибриллу далеко не произвольны, а продиктованы электростатическим взаимодействием отрицательно заряженного комплекса, состоящего из аморфного фосфата кальция (АФК) и pAsp, и положительно заряженных участков фибриллы, соответствующих участку "разрыва" (рис.2).

Для нахождения центров образования кристаллитов ГАП внутри фибриллы pAsp не подходит, поскольку комплекс, состоящий из АФК и pAsp, может проникать внутрь фибриллы, и тогда нельзя однозначно ответить на вопрос, что именно является центром образования кристаллитов - заряженные аминокислоты коллагена или упомянутый выше комплекс. Поэтому авторы статьи использовали фетуин - еще один ингибитор кристаллизации ГАП, который из-за своего большого размера не может проникнуть внутрь фибриллы и, следовательно, образуемый им комплекс с АФК не может выступать в качестве центра образования ГАП. В присутствии этого белка в минеральном растворе внутри фибрилл также наблюдается рост кристаллов ГАП, чья морфология и ориентация схожа с той, которая была обнаружена при применении pAsp. Таким образом авторы статьи доказали, что коллаген не только выполняет роль каркаса при образовании костной ткани, но и "управляет" этим процессом.


Источник: Nature Materials



Комментарии
Палии Наталия Алексеевна, 29 октября 2010 14:20 
проанализировать механизм образования кристаллов ГАП внутри фибрилл коллагена- интересно и посмотреть как идет этот процесс: "Bone formation" на GIZMAG

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Углеродная травка выросла на карбидокремниевой почве
Углеродная травка выросла на карбидокремниевой почве

Наносистемы: физика, химия, математика (2020, Т. 11, № 1)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume11/11-1
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Открытая школа-конференция стран СНГ «Ультрамелкозернистые и наноструктурные материалы (УМЗНМ)-2020»
Открытая школа-конференция стран СНГ «Ультрамелкозернистые и наноструктурные материалы (УМЗНМ)-2020». Цель форума – обсуждение фундаментальных и прикладных проблем получения, обработки ультрамелкозернистых и наноструктурных материалов, результатов исследования их структуры и свойств, а также результатов и перспектив практического применения.

Конференции 2020-го: планы на первое полугодие
План по мероприятиям на первое полугодие 2020-го

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2020 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

Да пребудет с вами сила плазмонов!
А.А.Семенова, Э.Н.Никельшпарг, Е.А.Гудилин, Н.А.Браже
Ученые Московского университета приблизились к решению проблем современной медицинской диагностики с использованием единичных клеток и их органелл путем разработки новых неинвазивных оптических методов анализа.

Юрий Добровольский: «Через 50 лет вся энергия будет вырабатываться биоорганизмами»
Андрей Бабицкий, Юрий Добровольский
Главный редактор ПостНауки Андрей Бабицкий побеседовал с химиком Юрием Добровольским о науке о материалах, будущем энергетики и новых аккумуляторах

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.