Kemikalier i celler fra marine organismer gør dem i stand til at overleve højtryk fundet i dybe oceaner

Forskere har opdaget, hvordan et kemikalie i cellerne i marine organismer gør dem i stand til at overleve det høje tryk, der findes i de dybe oceaner.

Jo dybere havdyr lever, desto mere ugæstfri og ekstrem er miljøet de skal klare. I et af de dybeste punkter i Stillehavet – Marianergraven, 11 kilometer under havoverfladen – er trykket 1,1 kbar eller otte tons pr. kvadrattomme. Det er en 1.100-dobling af det tryk, der opleves på Jordens overflade.

Under normalt eller atmosfærisk tryk danner vandmolekyler et tetraederlignende netværk.

Netværk af vandmolekyler ændrer form

Ved højt tryk begynder netværket af vandmolekyler dog at forvrænge og ændre form. Når dette sker med vandet inde i levende celler, forhindrer det vitale biokemiske processer i at finde sted - og dræber organismen.

Forskerne i Leeds har i rapporteringen af ​​deres resultater for første gang kunnet give en forklaring på, hvordan et molekyle, der findes i cellerne i marine organismer, modvirker effekten af ​​ydre tryk på vandmolekylerne.

Professor Lorna Dougan, fra School of Physics and Astronomy i Leeds, sagde:"Livet har tilpasset sig til at overleve og trives i miljømæssige ekstremer. I oceanernes dyb lever organismer under ekstremt højtryk, der ville ødelægge menneskeliv.

"Disse høje tryk forvrænger det flydende vand, der findes i alt liv, hvilket resulterer i skadelige påvirkninger af de biomolekyler, der understøtter alle biologiske processer.

"Vi er nødt til at forstå, hvad der sker med vand under tryk, og hvordan tryktilpassede organismer bekæmper disse effekter. Hvis vi kan forstå, hvordan disse organismer overlever ved ekstremt tryk, kan vi anvende disse resultater til den bredere undersøgelse af biomolekylær stabilitet."

Trimethylamin-N-oxid eller TMAO

Det molekyle, der findes i celler, der producerer den beskyttende effekt mod højt ydre tryk, kaldes TMAO-trimethylamin N-oxid. Undersøgelser har vist, at mængden af ​​TMAO i havlevende organismer stiger i takt med dybden af ​​deres habitat.

Anført af Dr. Harrison Laurent, også fra School of Physics and Astronomy, brugte undersøgelsen et af de mest avancerede analytiske faciliteter i verden til at undersøge, hvordan intenst tryk ændrer brintbindingerne mellem nabovandmolekyler.

Neutronspredning

Kaldet ISIS Neutron and Muon Source, blev analysefaciliteten ved STFC Rutherford Appleton Laboratory i Oxfordshire brugt til at affyre en stråle af neutroner - som er subatomare partikler - mod prøver af vand med og uden TMAO. Analysen blev udført ved lavt tryk, 25 bar, og ved højt tryk, 4 kbar.

Testen afslørede detaljer om vandmolekylernes atomare struktur.

Ved højt tryk blev hydrogenbindingerne i den rene vandprøve forvrænget og mindre stabile, og det overordnede netværk af vandmolekyler blev komprimeret.

Tilstedeværelsen af ​​TMAO styrkede og stabiliserede imidlertid hydrogenbindingen og opretholdt netværksstrukturen af ​​vandmolekylerne.

Dr. Laurent sagde:"TMAO'en giver et strukturelt anker, som resulterer i, at vandet er i stand til at modstå det ekstreme pres, det er under. Resultaterne er vigtige, fordi de hjælper videnskabsmænd med at forstå de processer, hvorved organismer har tilpasset sig til at overleve de ekstreme forhold, der er fundet. i havene."

Fra undersøgelsen har forskerholdet også været i stand til at udvikle det, der kaldes et "osmolyte protection ratio", som forudsiger det nødvendige niveau af TMAO i cellerne i marine organismer, så de kan overleve i en bestemt dybde i havene.

Professor Dougan tilføjede:"Professor Dougan tilføjede:"Vores undersøgelse giver en bro mellem vand under tryk på molekylært niveau og den vidunderlige evne hos organismer, som trives under højt tryk i havets dybder.

"For nylig offentliggjorte undersøgelser har afsløret nye arter, der lever på bunden af ​​det dybe hav. Vi forstår nu de bemærkelsesværdige tilpasninger, der har gjort det muligt for livet at udnytte disse levesteder."

Den videnskabelige artikel - "Trimethylamin N-oxids evne til at modstå trykinducerede forstyrrelser af vandstrukturen" - er offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Communications Chemistry . + Udforsk yderligere

Den rolle, som opløsningsmidler spiller ved ekstremt tryk