生物化学

鱿鱼的镜头揭示了它的秘密

鱿鱼的眼睛由于其晶状体中蛋白质的复杂成分而产生清晰的图像。一项研究揭示了这种非凡的结构。

马丁·蒂诺(Martin Tiano)
鱿鱼眼

1854年,詹姆斯·克莱克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)提出了一种理想的光学透镜:球面透镜,可以消除任何形式的像差,从而获得绝对清晰度的图像,但仍需要材料折射率的连续变化。 ,从中心到郊区。鱿鱼眼的晶状体恰好表现出这种特性,使动物可以在黑暗的水下深度获得周围环境的清晰图像。通过分析动物晶状体的蛋白质组成,宾夕法尼亚大学的蔡京和他的同事们揭示了这种非凡的生物材料。

晶状体实际上是一种主要由水和一种称为S晶体的球状蛋白混合物组成的凝胶。后者的异质浓度是导致折射率变化的原因。在中心,研究人员发现S晶体形成了非常密集的网络,几乎没有水,而在外围,它们仅占材料的4%。然而,鉴于蛋白质倾向于在这种凝胶中自由扩散,这种不均等的分布仍然难以解释。

通过研究编码这些蛋白质的信使RNA,Jing Cai和他的同事们发现了53个不同的S晶体,它们不是一个,而是不均匀地分布在晶状体的中心和边缘之间:彼此之间仅相差约15%。在它们的氨基酸中,它们都具有相同的中心结构,但是在它们的表面环上排列着无序的氨基酸和长度可变的氨基酸。距晶状体中心的距离越大,则卷曲越短的蛋白质的比例就越减少。在中心的总蛋白质质量的34%中,它们在外围仅占5%,逐渐被卷曲越来越长的蛋白质所取代。

研究人员表明,这些无序环使限制蛋白质之间的相互作用成为可能。它们越长,蛋白质彼此之间的聚集就越少,”巴黎物理化学生物学研究所的CNRS研究人员Sophie Sacquin-Mora解释说。

因此,数值模拟已经确定,在中心,具有最短环的S晶体每个都链接到六个邻居,从而形成密集的网络而不会沉淀,这将不可避免地导致镜片混浊。根据计算,在外围,具有长环的蛋白质只有两个邻居,从而导致网络密度大大降低,因此凝胶中水分丰富,从而导致折射率降低。

作者还研究了晶状体形成的过程。这些S-晶状蛋白的合成需要它们扩散到远离形成它们的核糖体。当培养基不是很稠密时,所有蛋白质都可以扩散,因此被合成。当数量更多时,大环蛋白将不再扩散。 Sophie Sacquin-Mora解释说,它们的合成停止了,取而代之的是较小的,因此将生物材料的成分变化与其S晶体密度联系起来。

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