Spiderman może być jednak prawdziwy

Nowe, wytrzymalsze białka zostały odkryte przez naszych fizyków z PAN w Warszawie. Ich praca ukazała się w prestiżowym czasopiśmie fizycznym "Physical Review Letters".

Znalezione przez fizyków białko może posłużyć przy produkcji opatrunków czy nici chirurgicznych. Może też być użyte przy tworzeniu efektywnych absorberów energii mechanicznej. "Zawsze pozostaje też możliwość udoskonalenia Spidermana. Gdyby był zainteresowany współpracą, wie, gdzie nas szukać" - żartuje prof. Marek Cieplak, który w IF PAN kieruje zespołem zajmującym się badaniem stabilnością mechaniczną białek. Zanim jednak białko znajdzie zastosowania, jego właściwości mechaniczne muszą zostać potwierdzone.

Symulacje mechanicznego rozciągania dużej liczby struktur białkowych udało się przeprowadzić przede wszystkim dzięki szybkim algorytmom modelującym zachowanie białka. Wyniki zastosowania tej metody zaskoczyły badaczy.

"Obecny przegląd objął 18 tysięcy białek z największej bazy danych – Protein Data Bank. Spodziewaliśmy się znaleźć wśród nich struktury bijące dotychczasowe rekordy wytrzymałości na rozciąganie. Nie sądziliśmy jednak, że tak wyśrubujemy rekord" - mówi prof. Marek Cieplak.

Białka są wytwarzane przez rybosomy jako długie, proste łańcuchy aminokwasów. Po wyprodukowaniu, w odpowiednich warunkach każdy łańcuch zwija się w kłębek. W ten sposób tworzy się struktura, o kształcie charakterystycznym dla konkretnego białka.

Współczesne narzędzia laboratoryjne pozwalają chwytać pojedyncze cząsteczki białka za swobodne końce łańcuchów i poddawać je mechanicznemu rozciąganiu. Operacje te są przeprowadzane za pomocą mikroskopów lub tzw. szczypiec optycznych. Doświadczenia wymagają jednak dużej staranności i są czasochłonne, na dodatek niewiele laboratoriów potrafi je przeprowadzać. Dlatego do tej pory na świecie przebadano zaledwie ok. 100 białek.

"My nie przeprowadzamy doświadczeń z rozciąganiem białek. Robimy symulacje komputerowe, które korzystają z naszego własnego modelu teoretycznego, rozwijanego już od kilkunastu lat. Jest uproszczony, empiryczny, ale przez to symulacje są bardzo szybkie. Zbadanie procesu rozciągania jednego białka za pomocą dokładnych modeli zajmuje nawet pół roku. My już po 20 minutach dostajemy wyniki, które dobrze się zgadzają z pomiarami w laboratoriach" - wyjaśnia prof. Cieplak.

Rozerwanie nici DNA – jej "rozpięcie" niczym zamka błyskawicznego – wymaga niewielkiej siły, w każdym momencie pęka bowiem tylko jedno słabe wiązanie wodorowe. Wystarczy do tego siła zaledwie 15 pikoniutonów (1 pN to jedna tysięczna jednej miliardowej niutona). W przypadku białek za wytrzymałe uznaje się struktury zrywające się przy siłach powyżej 200 pN. Wśród białek zbadanych doświadczalnie dotychczasowy rekordzista wytrzymywał 500 pN.

Tymczasem w wyniku symulacji naukowcy z IF PAN znaleźli białko, znane jako 1TFG, które wytrzymuje siłę aż 1500 pN - dwukrotnie większą od tej, która zrywa struktury pajęczej nici. Jak wyjaśniono w komunikacie, rekordowa wytrzymałość wynika ze specyficznej budowy zwiniętego białka, w której korzystnie umiejscowione są silne wiązania kowalencyjne – mostki dwusiarczkowe.

W najnowszym przeglądzie białek fizykom z IF PAN udało się znaleźć jeszcze kilkanaście innych struktur o wytrzymałości na rozciąganie dochodzącej do 1000 pN.

Zaczynamy więc wierzyć, że sami kiedyś będziemy chodzić po ścianach budynków smarując wcześniej ręce maścią ze sklepu z pajęcza siecią:)