新闻动态
您的当前位置:时时彩平台评测网 > 新闻动态 > 新的实验和模拟帮助解释胶原蛋白的力量

新的实验和模拟帮助解释胶原蛋白的力量

2018-05-16
分享到:

em麻省理工学院的新研究表明,从肌腱中的胶原蛋白中添加或除去少量水分可产生令人惊讶的强大力量,比肌肉产生的力量强300倍。 / em

将实验工作和详细的分子模拟相结合的研究首次揭示了水在胶原蛋白中发挥的复杂作用 - 胶原蛋白是一种蛋白质,它是肌腱,骨骼,皮肤和身体其他结构组织中的一种成分。

新的分析揭示了一个以前从未观察到的重要机制:即使少量的水添加到肌腱中的胶原蛋白中,或从肌腱中的胶原中去除水分,也可以产生令人惊讶的强大力量,比肌肉产生的力量强300倍。本周在麻省理工学院的研究人员和德国马克斯普朗克胶体和界面研究所的“自然通讯”杂志上报道了这些发现。

麻省理工学院土木与环境工程系主任兼该论文的合着者Markus Buehler教授解释说:“我们并不真正了解水的生理学作用”。 “在这里,我们表明它可以开发出重要的力量,尤其是在被认为是被动材料的肌腱中。”

以前研究中的一个挑战是,自然生物样本都不同,Buehler说 - 所以试图确定变异性的根本原因是棘手的。在新作中,团队能够在各种条件下研究相同的样本,使他们能够探究变化的原因。

然后,用原子计算机模型对这些相同的材料进行分析,该模型可以将结构模拟到单个分子的水平,从而提供关于基本机制的详细视图。 Buehler和博士后Shu-Wei Chang在麻省理工学院进行的分子模拟结果与Peter Fratzl教授领导的德国团队成员观察到的实验结果相匹配和互补。

真实的和虚拟的

“在实验和模拟中,我们可以看到相同的规模和相同的现象,”Buehler说。 “我们对结果非常兴奋,”他补充道,“因为模拟可以在物理实验中查看”不易测量的机制“。

Chang解释说,仅仅基于实验数据,对于肌腱材料的行为有两种可能的解释 - 但是模拟显示其中一种解释是不可行的。研究人员表明,在构成肌腱胶原的蛋白质链的复杂结构中,水的添加会导致分子的某些部分延伸,而其他部分会缩小。

Chang说,这两种机制之间的平衡决定了胶原蛋白分子是否存在整体收缩或伸展,但总体而言,当水从分子结构中移除时,它会缩小。

强大的力量

这种收缩的拉力惊人地大:干燥过程中施加的力“几乎比肌肉产生的力大三个数量级”,Chang说。这些力量在正常的生物功能中扮演什么角色(如果有的话)还有待于理解。

无论这个过程在身体中的功能如何,它可能通过组织工程学利用并用于其他目的,Buehler说:“我们可以用水作为驱动力,作为控制材料的变量之一。”以前,他“我们不会担心材料中的水量。”但是现在可以设想一下,例如,“一个自动装配系统,水在调节过程。”

科学家也可能能够获得不同生物材料的相反特征以协同工作。比如,像蜘蛛丝这样的材料(实际上会随着水分的增加而收缩)与像肌腱胶原这样的材料相结合,可以产生一种混合结构,它不随湿度变化而膨胀或收缩,Buehler建议,提供一个非常稳定的结构。

此外,在分析中使用的方法,结合详细的分子模型和直接的实验观察,也可以应用于许多其他生物材料,Chang说。

东北大学机械和工业工程副教授Sandra Shefelbine说,麻省理工学院团队的分析“是一个很好的例子,说明计算分子模型如何与实验配合使用以发现原子中的机制“哈佛大学生物工程教授大卫穆尼补充说,”这是一个非常引人注目的发现,因为它揭示了胶原蛋白结构和功能的新方面,并且可能会导致许多新的研究。“

这项工作得到了亚历山大·冯·洪堡基金会,马克斯·普朗克协会,德国研究基金会,美国海军研究办公室和国立卫生研究院的支持。

出版物:Admir Masic等人,“肌腱胶原中的渗透压诱导的张力”,Nature Communications 6,文章编号:5942; DOI:10.1038 / ncomms6942

资料来源:麻省理工新闻David L. Chandler

图片:研究人员提供的图片