牧羊人和直升机的故事

时间:2020-03-20 18:22 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

牧羊人和直升机的故事

意大利雕刻家朱塞佩·托雷蒂的浮雕《牧羊人的崇拜》被块状的盐晶体破坏了。现在,位于斯图加特的马克斯·普朗克固态研究所的一个研究小组已经证实,构成这些泡沫的醋酸钙半水合物具有与胶原蛋白相似的结构。其结构特点不仅有助于防止此类损伤,而且为生物无机化学的研究提供了有趣的新思路。

大理石浮雕“牧羊人的崇拜”大约有300年的历史,当然有一个多事的历史。第二次世界大战结束时,它从柏林搬到了苏联,在那里人们试图修复它在战争中遭受的破坏——包括使用胶水。20世纪90年代初,朱塞佩·托雷蒂(Giuseppe Torretti, 1664-1743)的作品被送回柏林拜占庭艺术博物馆,专家们用乙酸乙酯(一种醋酸酯)除去了胶水。

正是这个过程导致了表面的化学变化,导致了几年后在那里形成了针状的白色泡沫。来自柏林Rathgen研究实验室的专家已经鉴定出它们是化学醋酸钙半水合物,也就是醋酸的钙盐也含有水。换句话说,随着时间的推移,大理石中的钙与溶剂中的醋酸离子结合形成了一种新的盐——这种物质也在其他古老的艺术品上被发现。

然而,直到现在,这种化合物的晶体结构才被准确地测定出来。修复者依靠结构特征作为参考数据,这样他们就可以识别腐蚀产物并解释潜在的过程——以及,理想情况下,预防它。确定结构的风化Torretti救援,格哈德?艾格特保护科学研究所的国家艺术与设计学院,斯图加特,招募的帮助罗伯特?Dinnebier x射线衍射集团主管马克斯普朗克研究所固体研究在斯图加特。这是世界上少数几个专门研究复杂结构解析的小组之一,即使是在只有粉末形式而不是单晶的样品中。

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结构特性有助于防止腐蚀损伤

dfg资助的“寻找结构”项目也成功地确定了这种结构,揭示了钙离子沿着螺旋形的链排列——换句话说,它们形成螺旋。而醋酸离子则位于钙离子之间,起桥梁的作用。总的来说,这三根钙绳以类似于辫子的方式缠绕在一起。

胶原蛋白也形成一个三重螺旋

这种螺旋结构在自然界中并不少见。DNA,携带遗传物质的分子,以双螺旋的形式存在——也就是说,一条双链缠绕成螺旋。然而,根据Dinnebier的说法,现在已经确定的结构与胶原蛋白有着惊人的相似性,特别是那些在我们身体的结缔组织中发现的胶原蛋白。“胶原蛋白的氨基酸链也形成了一个三重螺旋,”晶体学家解释道。

然而,斯图加特的马克斯·普朗克研究人员不能使用托雷蒂的谢泼德浮雕上的泡沫样品材料来进行结构分析。Dinnebier工作小组的Sebastian Bette解释说:“相应的x射线衍射技术需要的数量是你无法从这类艺术品中获得的。”因此,研究人员必须合成他们自己的半水合醋酸钙,他们将醋酸钙溶液置于一个有盖的陶土罐中,在低空气湿度下放置半年。在这段时间里,溶液慢慢地通过罐壁的小孔,在外面结晶为半水醋酸钙。“然后我们能够使用这种粉末进行x射线衍射分析,”Bette说。这揭示了单个原子相对于另一个原子的位置,从而揭示了化合物的结构。

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一个异常大的单元细胞

“在相对简单的化合物中,比如半水合醋酸钙,发现螺旋结构基序是很有趣的,”热情的罗伯特?丁尼比尔(Robert Dinnebier)说。在使用x射线衍射进行结构阐明的30多年的工作中,他已经看到了许多晶体结构,不再轻易感到惊讶。但令他惊讶的是,现在已经确定的三螺旋结构。

显然,研究人员也对单位细胞不寻常的大小感到惊讶。晶体学家用这个术语来表示晶体结构中最小的重复单位。在分析的物质中,一个单位细胞的体积略小于12,000立方埃,比最常见的简单盐单位细胞大几十倍,并含有64个钙离子。贝特说:“对于一个只有三种成分的相对简单的化合物来说,这是一个令人难以置信的大数字,这三种成分分别是钙、醋酸盐和水。”

另一方面,Robert Dinnebier现在认为胶原蛋白在结构上的相似性是完全合理的:“事实上,胶原蛋白中最常见的氨基酸是甘氨酸。”作为所有氨基酸中最简单的一种,它与醋酸在分子水平上密切相关,因此也与它的盐——醋酸盐密切相关。如果你用乙酸分子中的氨基取代氢原子,你就得到甘氨酸。斯图加特的研究人员现在认为可能也存在螺旋状的甘氨酸钙。原则上,Dinnebier发现这些“复杂的螺旋结构很明显不局限于氨基酸链”是“令人着迷的”。相反,在某些情况下,它们也可以在其他地方形成。”

可能是螺旋结构的蛋白质模板

由于它与胶原蛋白相似,研究人员现在对半水醋酸钙作为一种物质非常感兴趣。Sebastian Bette说:“在进化过程中,胶原蛋白在从单细胞到多细胞生物的转变中发挥了关键作用,因此也在组织的出现中发挥了重要作用。”现在,醋酸钙半水合物或潜在的甘氨酸钙可能会开辟一个全新的生物无机的可能性。“例如,我们已经知道DNA双螺旋可以用作模板,使其他化合物在螺旋结构中结晶,”Bette说。“例如,用所证明的三螺旋结构作为蛋白质的模板并不需要多大的想象力。”

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