GIGPORT.RU ГЛОБАЛЬНЫЙ ИННОВАЦИОННЫЙ ГИПЕРПОРТАЛ
  ГЛАВНАЯ НОВОСТИ АФИША ПРОЕКТЫ ИННОВАЦИИ ТУРИЗМ РАЗВЛЕЧЕНИЯ  
       
 
       
Электроника   Бытовая техника   Спорт и отдых   Софт и игры   Видео и музыка на DVD и Blu-ray   Музыка   Антиквариат и винтаж  

2

vkontakte.ru mail.ru facebook.com twitter.com ok.ru plus.google.com  information rss
       
ОБЩЕСТВО ЭКОНОМИКА И БИЗНЕС ПРОИСШЕСТВИЯ НАУКА И HI-TECH КОМПЬЮТЕРЫ И СОФТ АВТО-МОТО КОСМОС НАНОТЕХНОЛОГИИ МЕДИЦИНА КУЛЬТУРА СПОРТ РАЗНОЕ
 
 
 
 
СИЛА КОЛЛАГЕНА  

СИЛА КОЛЛАГЕНА



27.01.2015 биоматериал, биоинженерия, биотехнология


Исследование, проведённое международной группой учёных, объединяющее экспериментальную работу и подробные молекулярные моделирования, впервые показало сложную роль, которую играет вода в коллагене — это белок, который является компонентом сухожилий, костей, кожи и других структурных тканей в организме.
   
  Коллаген — фибриллярный белок, составляющий основу соединительной ткани организма (сухожилие, кость, хрящ, дерма и т. п.) и обеспечивающий её прочность и эластичность. Коллаген обнаружен у многоклеточных животных; отсутствует у растений, бактерий, вирусов, простейших и грибов. Коллаген основной компонент соединительной ткани и самый распространённый белок у млекопитающих, составляющий от 25% до 35% белков во всём теле.

В 2005 г. учёным удалось выделить коллаген из сохранившихся мягких тканей тираннозавра и использовать его химический состав как ещё одно доказательство родства динозавров с современными птицами.

Новый анализ показывает важный механизм, который никогда не наблюдался прежде: при добавлении или удалении воды, даже небольшого количества, коллаген в сухожилиях может генерировать удивительно мощные силы, в 300 раз больше, чем силы, производимые мышцами. О результатах сообщают на этой неделе в журнале Nature Communications исследователи MIT (США) и Max Planck Institute for Colloids and Interfaces (Германия).

«Мы действительно не знаем физиологическую роль воды в основе коллагена тканей человеческого организма», — объясняет профессор Маркус Буехлер (Markus Buehler), глава Отдела MIT гражданской и экологической инженерии и соавтор статьи. «Здесь мы показываем, что это можно развивать значительные силы, особенно в сухожилиях, которые считаются пассивным материалом».

«Одна из проблем в предыдущих исследованиях заключалась в том, что естественные биологические образцы были все разные, — говорит Буехлер — поэтому надо было понять, что становилось первопричинами их изменчивости». В новой работе команда смогла изучить те же самые образцы в различных условиях, что позволило исследовать причины вариаций.
   
 
СИЛА КОЛЛАГЕНА   На фото: Новый анализ объясняет силу коллагена. Иллюстрация изображает коллагеновые фибриллы, с их структурой тройной спирали, окружённой молекулами воды. Три различных цепи тройной спирали изображены в различных цветах. Молекулы воды отображают красным и серым цветом.

Эксперименты и моделирования показывают, что добавление или удаление воды делают существенный толчок и напряжение.

Предоставлено Массачусетским Технологическим Институтом
   
  Затем те же самые материалы были проанализированы, используя компьютерную модель атом-за-атомом, которая может имитировать структуру вплоть до уровня отдельных молекул, обеспечив подробный вид основных механизмов. Молекулярные моделирования, выполненные в MIT Buehler и postdoc Шу-Вэй Чаном (Shu-Wei Chang), соответствовали и дополнили результаты эксперимента, наблюдаемые членами команды в Германии, во главе с профессором Питером Фрэцлом (Peter Fratzl).

Реальное и виртуальное

«Мы можем смотреть на тот же самый масштаб, те же самые явления, и в экспериментах и в моделированиях», — говорит Буехлер. «Мы очень взволнованы результатами, — добавляет он — потому что моделирования позволяют рассмотреть механизмы, которые Вы не можете легко измерить в физических экспериментах».

Чанг объясняет, что основываясь исключительно на экспериментальных данных, можно видеть два возможных объяснения поведения материала сухожилия — но моделирование показывает, что одно из этих объяснений неосуществимо. Исследователи показали, что в пределах сложной структуры цепей белка, которые составляют коллаген сухожилия, добавление воды приводит к расширению части молекул, в то время как другие наоборот, сокращаются.

Баланс между этими двумя механизмами определяет, имеется ли полное сжатие или расширение молекул коллагена. Чанг говорит, что в целом, когда вода удаляется из молекулярной структуры, она сжимается.
   
 
СИЛА КОЛЛАГЕНА   Влиятельные силы

Напряжение такого сокращения поразительно большое: сила, которую проявляет процесс высыхания, «почти на три порядка больше, силы, производимые мышцами», — говорит Чанг. Остаётся понять, какую роль те силы играют в нормальном биологическом функционировании.

Какой бы ни была функция этого процесса в организме, это могло потенциально использоваться через тканевую инженерию для других целей. Буехлер говорит: «Мы могли использовать воду в качестве водителя, в качестве одной из переменных, чтобы управлять материалом».
   
  И добавляет: «Ранее мы не волновались бы о количестве воды в материале. Но теперь можно представить себе, например, систему самосборки, где вода регулирует этот процесс».

Учёные также были в состоянии заставить противоположные особенности различных биологических материалов работать дружно. Например, комбинация материала, такого как шёлк паука — который сжимается с добавлением влаги — с коллагеном сухожилия, может дать гибридную структуру, которая не расширяется и не сжимается, в связи с изменением влажности, обеспечивая очень стабильную структуру.

Кроме того, методы, используемые в этом анализе, сочетающие в себе подробное молекулярное моделирование с прямым экспериментальным наблюдением, также могут быть применены ко многим другим биологическим материалам.

Сандра Шефелбайн (Sandra Shefelbine), адъюнкт-профессор машиностроения и промышленного строительства в Северо-восточном Университете, который не был связан с этим исследованием, говорит, что анализ команды MIT «является превосходным примером того, как вычислительные молекулярные модели могут быть использованы в координации с экспериментами, чтобы обнаружить механизмы на атомном уровне». Дэвид Муни (David Mooney), профессор биоинженерии в Гарвардском Университете, добавляет, что «это — очень поразительное открытие, поскольку показывает новые аспекты структуры и функции коллагена, и, вероятно, приведёт к новым исследованиям».
   
 
СИЛА КОЛЛАГЕНА   Работа была выполнена при поддержке Фонда Александра фон Гумбольдта, Общества Макса Планка, Немецкого исследовательского фонда, Управления США военно-морских исследований и Национального института здоровья.


Источник: GIGPORT.RU
 
Нравится
 
 
 
 
 
 
Загрузка...
 
 
 
 
GIGPORT.RU ГЛОБАЛЬНЫЙ ИННОВАЦИОННЫЙ ГИПЕРПОРТАЛ
ГИПЕРПОРТАЛ
ИНТЕРНЕТ-ЖУРНАЛ
ИНТЕРЕСНОЕ В МИРЕ
ОНЛАЙН ГИПЕРМАРКЕТ
ДОСКА ОБЪЯВЛЕНИЙ
РАЗВЛЕЧЕНИЯ
СБОРКА МЕБЕЛИ
 
     
 
Книги   Детям и мамам
 
     
 
Одежда, обувь, аксессуары   Красота и здоровье
 
     
 
 
     
   
     
   
     
       
  COPYRIGHT
 
  Рейтинг@Mail.ru   Яндекс.Метрика   Проверка тиц pr