【發現控制生物換殼分子“開關”】“金蟬脫殼”是人們熟知的一種生命現象，自然界中許多動物都有這種換殼的本領 。教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授、浙江大學化學系教授唐?？祹ьI團隊的最新研究發現，這種“換殼”過程是受一個“開關”控制的：在“關”的信號下，礦物在體內儲存并為新殼準備，而當“開”的信號一出現，新殼就快速生成 。這一發現為科學家進一步研究仿生控制功能提供了一個樣本，讓生物材料的制備變得更加可控 。
相關論文“Magnesium-aspartate-based Crystallization Switch Inspired from Shell Molt of Crustacean”《受甲殼動物換殼啟發基于鎂-天冬氨酸的結晶開關》發表在12月7日美國《國家科學院院刊》（PNAS）上 。
課題組選取了日常環境中常見的甲殼動物——卷甲蟲（俗稱“西瓜蟲”）作為生物模型 。卷甲蟲一生要經歷數次換殼 。此前的研究發現，在換殼前體內的參與成殼的碳酸鈣處于一種非晶態，而在鎂離子的作用下，這些不穩定的非晶態的碳酸鈣保持在一種“亞穩定狀態”，從而可以作為礦化前體在生物體內富集并存貯，為新殼的快速生成作好物質準備，這個生物準備期要持續2周左右 。但是，生物怎么能夠精確地啟動換殼程序，使礦物從“亞穩定狀態”在短時間內完成結晶，對科學家來說是一個謎 。
唐睿康的課題組找到了這個“開關” 。他們對處于換殼時期的卷甲蟲進行了研究，發現富含酸性氨基酸如天冬氨酸的蛋白質是另一個關鍵的信號 。在它的作用下 ， 卷甲蟲立即啟動換殼過程，促使處于準備狀態的礦物質前體迅速走向“穩定狀態”從而形成新殼 ， 在自然狀態下，這個過程在短短的數小時之內完成 。
“事實上，鎂離子和酸性蛋白質共同構成了一個生物界中‘開關’ 。”唐?？到忉屨f，動物的換殼過程可以理解為一個“結晶”的過程 ， 礦物質在這個過程中經歷了非穩定態、亞穩定態和穩定態 。鎂離子是一個“關”的信號，暫時關閉了結晶過程，延長了碳酸鈣非結晶狀態；而酸性蛋白是一個“開”的信號 ， 它的出現結束了礦物的非結晶狀態，促發了礦物質的迅速結晶 。課題組通過鎂和酸性氨基酸在實驗室里成功地演示了這個結晶開關，還證明了這一原理還存在于磷酸鈣體系 ， 具有普適性 。
唐?？嫡f，人類在制備生物材料時可以從中獲得靈感，制造出一種“仿生開關”，這樣，生物材料的合成就可以變得更加可控，制造出各種結構、形態和功能的生物材料 。這樣的“開關”原理也可以進一步發展用于控制人體內的生理性礦化過程 ， 如骨、牙的形成及病理性礦化如結石、血管鈣化等 。
唐?？到淌陂L期以來從事生物礦化方面的研究，曾在2008年發明了一種給細胞“穿衣服”的方法，給一個酵母菌“穿”上了一個“殼” ?！澳莻€殼是從無到有的過程 ， 而現在的研究發現，則為選擇穿什么衣服，怎么穿得更漂亮找到了方法 ?！鄙锏V化是指在生物體內形成礦物質也就是生物礦物的過程，人體中典型的生物礦化過程包括了骨骼、牙齒等生物硬組織的形成 。自然界中常見的生物礦物有珊瑚、貝殼、珍珠、雞蛋殼等 。
浙江大學 周煒
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