Упругость эластина в тканях человека зависит от воды

Способность эластина, белка в тканях человека, растягиваться и возвращаться в исходную форму во многом обеспечивает окружающая его вода. К такому выводу пришли исследователи из Университета Коннектикута (University of Connecticut), смоделировав поведение молекулы на компьютере. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.

Эластин помогает артериям расширяться и сжиматься при каждом ударе сердца, лёгким растягиваться при дыхании, а коже возвращаться к прежней форме. Больше 50 лет учёные спорят, откуда берётся эта способность. Одна версия сравнивает белок с резинкой: при растяжении его движения ограничиваются, и он стремится сжаться обратно. Другая версия делает упор на молекулы воды вокруг белка.

Доцент Анна Тараканова (Anna Tarakanova) и постдок Метехан Чам (Metehan Çam) построили атомную модель участка человеческого тропоэластина, из которого формируется эластин. Фрагмент состоял из 225 аминокислот. Расчёты проводили на суперкомпьютере, а расслабленное состояние молекулы отслеживали 60 микросекунд и сравнивали с полностью растянутым. Прежние работы оценивали вклад белка и воды вместе, а здесь его удалось посчитать для каждого отдельно.

При растяжении открывается больше поверхности белка, и в тонкий слой вокруг него попадает больше молекул воды. Там у них меньше свободы движения, чем у воды вдали от белка. Когда белок расслабляется, часть этих молекул возвращается в жидкость и снова движется свободно. По словам Чама, гибкость белка тоже важна, но основной вклад в изменение свободы движения вносит именно вода. Тараканова считает, что эластин нужно рассматривать как единую систему из белка и воды, а не как просто пружину.

С возрастом эластин химически меняется, а артерии, кожа и лёгкие теряют часть упругости. Тараканова полагает, что стоит проверить, влияют ли эти изменения на водный слой вокруг белка. Дальше исследователи хотят смоделировать несколько белковых цепей сразу и сети эластичных волокон, как в настоящих тканях.