恐龙胶原蛋白如何存活 1.95 亿年

量子物理学的一个重要原理可以揭示恐龙是否接受过整形手术。

霸王龙只是从 6800 万年前的化石遗迹中提取胶原蛋白的恐龙之一。 

图片来源：Orla/Shutterstock.com 

胶原蛋白是哺乳动物最喜欢的蛋白质，在体内的使用量比任何其他蛋白质都多。恐龙似乎也很欣赏它，因为在一些化石中发现了痕迹，但直到现在，化学家们才弄清楚这种通常脆弱的分子如何能够存活这么长时间。

几十年前，胶原蛋白最著名的是注射到人们的皮肤中，使他们看起来更年轻。那时它已经有许多其他应用，例如加热以制造糖果和果冻的明胶以及用作香肠的肠衣。在此之前，胶原蛋白胶至少在 8000 年前就已被使用。如今，它是许多食品中的流行添加剂，但它也构成了我们身体的很大一部分。

然而，我们预计不会在几千年前的化石中找到胶原蛋白，因为它是通过肽键结合在一起的，而肽键在潮湿时会断裂。然而，一些引人注目的恐龙化石仍然具有完整的胶原蛋白，其中包括一个可追溯到 1.95 亿年前侏罗纪早期的禄丰龙样本。 

对于在室温下通常每 500 年失去一半键的蛋白质来说，这是令人惊讶的。新研究将这种生存归因于泡利不相容原理的应用，您可能还记得高中化学中的原理。

在正常情况下，水会通过水解破坏胶原蛋白的肽键，即使细菌没有接触到它。干燥的条件可以延长其寿命——胶水样本来自死海周围的沙漠——但自中生代以来，各地都有潮湿的时期。

麻省理工学院的科学家试图解释胶原蛋白样本的存活，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裂解它们。这与正常肽键发生的情况完全相反，”资深作者罗恩·雷恩斯教授在一份声明中说。

胶原蛋白内的关键键位于相邻氨基酸中的碳和氮分子之间。利用其形成四个键的能力，碳原子将两个键分配给氧原子以形成羰基，留下一个自由键合的电子。 

以前没有认识到的是，当这些羰基可以彼此键合时，它们会形成防水连接。这就是泡利原理的用武之地。泡利意识到原子在轨道上不能有多个具有特定自旋的电子。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进入以引发击穿。

雷恩斯的团队生产了两种具有类似胶原蛋白成分的蛋白质，其形式能够相互转化。他们将一个命名为顺式，将另一个命名为反式（这些术语在陷入文化战争之前在化学中很常见）。顺式形式在接触水时会分解，但类胶原蛋白的反式形式由于其充满轨道而能够抵抗。 

“肽键要么是顺式，要么是反式，我们可以改变顺式与反式的比例。通过这样做，我们可以模仿胶原蛋白的自然状态或创建未受保护的肽键。我们看到，当它不受保护时，世界就不会长久，”雷恩斯说。

不管出于什么原因，6800 万年前的 T 体内的胶原蛋白。霸王龙和1.95亿年前的禄丰龙（以及其他）肯定大部分都是跨性别的，这使得它能够生存到我们可以研究它为止。

在其他蛋白质中也发现了类似的键，但在这些情况下，虽然键可能会持续，但其余蛋白质会被水解破坏。 “胶原蛋白从一端到另一端都是三重螺旋，”雷恩斯说。 “不存在薄弱环节，这就是我认为它幸存下来的原因。 ”

恐龙和哺乳动物如此广泛地使用胶原蛋白是有原因的，无论是在我们的骨骼和连接它们的韧带中，还是在人类的皮肤中。 “胶原蛋白是将我们团结在一起的支架，”雷恩斯说。 “胶原蛋白之所以如此稳定，并且是这种支架的绝佳选择，是因为它与大多数蛋白质不同，它是纤维状的。 ”

此外，我们的骨骼和韧带暴露于血液等水基液体中。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，因此胶原蛋白在我们的长寿中起着至关重要的作用。

该研究在 ACS Central Science 上开放获取。