Kjemikalie i cellene til marine organismer gjør dem i stand til å overleve høytrykk funnet i dype hav

Forskere har oppdaget hvordan et kjemikalie i cellene til marine organismer gjør dem i stand til å overleve høytrykket som finnes i de dype hav.

Jo dypere havdyrene lever, jo mer ugjestmilde og ekstreme må de takle. I et av de dypeste punktene i Stillehavet – Marianergraven, 11 kilometer under havoverflaten – er trykket 1,1 kbar eller åtte tonn per kvadrattomme. Det er en 1100-dobling av trykket som oppleves på jordens overflate.

Under normal eller atmosfærisk trykk, vannmolekyler danner et tetraederlignende nettverk.

Nettverk av vannmolekyler endrer form

På høytrykk, men nettverket av vann molekyler begynner å forvrenges og endre form. Når dette skjer med vannet inne i levende celler, forhindrer det vitale biokjemiske prosesser i å finne sted – og dreper organismen.

I rapporteringen av funnene sine har forskerne i Leeds for første gang kunnet gi en forklaring på hvordan et molekyl som finnes i cellene til marine organismer motvirker effekten av ytre trykk på vannmolekylene.

Professor Lorna Dougan, fra School of Physics and Astronomy i Leeds, sa: “Livet har tilpasset seg for å overleve og trives i miljømessige ekstremer. I havets dyp lever organismer under ekstremt høytrykk som vil ødelegge menneskeliv.

“Disse høytrykkene forvrenger flytende vann som bor i alt liv, noe som resulterer i skadelige innvirkninger på biomolekylene som underbygger alle biologiske prosesser.

“Vi må forstå hva som skjer med vann under trykk og hvordan trykktilpassede organismer bekjemper disse effektene. Hvis vi kan forstå hvordan disse organismene overlever kl. ekstremt presskan vi bruke disse funnene til den bredere studien av biomolekylær stabilitet.”

Trimetylamin N-oksid eller TMAO

Molekylet som finnes i celler som gir den beskyttende effekten mot høyt ytre trykk, kalles TMAO—trimetylamin N-oksid. Studier har vist at mengden TMAO i havlevende organismer øker i takt med dybden av deres habitat.

Ledet av Dr. Harrison Laurent, også fra School of Physics and Astronomy, brukte studien et av de mest avanserte analytiske fasilitetene i verden for å undersøke hvordan intenst trykk endrer hydrogenbindinger mellom nabovannmolekyler.

Nøytronspredning

Kalt ISIS Neutron and Muon Source, ble analyseanlegget ved STFC Rutherford Appleton Laboratory i Oxfordshire brukt til å avfyre ​​en stråle av nøytroner – som er subatomære partikler – mot prøver av vann med og uten TMAO. Analysen ble gjort ved lavt trykk, 25 bar, og ved høyt trykk, 4 kbar.

Testen avslørte detaljer om atomstrukturen til vannmolekylene.

Ved høyt trykk ble hydrogenbindingene i den rene vannprøven forvrengt og mindre stabile og det overordnede nettverket av vannmolekyler ble komprimert.

Tilstedeværelsen av TMAO styrket og stabiliserte imidlertid hydrogenbindingen og opprettholdt nettverksstrukturen til vannet molekyler.

Dr. Laurent sa: “TMAO gir et strukturelt anker som resulterer i at vannet kan motstå det ekstreme trykket det er under. Funnene er viktige fordi de hjelper forskere med å forstå prosessene som organismer har tilpasset seg for å overleve ekstreme forhold funnet i havene.”

Fra studien har forskerteamet også vært i stand til å utvikle det som kalles et “osmolyte protection ratio”, som forutsier nivået av TMAO som trengs i cellene til marine organismer slik at de kan overleve på et bestemt dyp i havene.

Professor Dougan la til: “Professor Dougan la til: “Vår studie gir en bro mellom vann under trykk på molekylært nivå og den fantastiske evnen til organismer som trives under høytrykk i havets dyp.

“Nylig publisert forskning har avslørt nye arter som lever på bunnen av dyphavet. Vi forstår nå de bemerkelsesverdige tilpasningene som har tillatt livet å utnytte disse habitatene.”

De vitenskapelig artikkel“Evnen til trimetylamin N-oksid til å motstå press induserte forstyrrelser til vannstruktur” – er publisert i det vitenskapelige tidsskriftet Kommunikasjonskjemi.

---

---