Osmotic pressure induced tensile forces in tendon collagen.
Osmotic pressure induced tensile forces in tendon collagen.
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DOI：
10.1038/ncomms6942
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发表时间：
2015-01-22
影响因子：
16.6
通讯作者：
Fratzl, Peter
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Masic, Admir;Bertinetti, Luca;Schuetz, Roman;Chang, Shu-Wei;Metzger, Till Hartmut;Buehler, Markus J.;Fratzl, Peter
水是肌腱中胶原蛋白的重要组成部分，但其对这种承载蛋白质结构功能的作用知之甚少。在这里，我们使用多尺度实验和计算的组合来表明，水是胶原蛋白分子的一个组成部分，其在水去除后改变构象。其结果是分子缩短，转化为几到几乎100 MPa范围内的拉伸应力，大大超过收缩肌肉产生的约0.3 MPa的拉伸应力。尽管胶原蛋白的完全干燥与技术应用有关，例如皮革或羊皮纸的制造，但与肌肉收缩相当的应力已经在生物环境中常见的小渗透压下发生。因此，我们认为，水产生的张应力可能在活的胶原基材料，如肌腱或骨中发挥作用。 水是肌腱、骨和细胞外基质中胶原蛋白的重要组成部分，但其在蛋白质机械功能中的作用知之甚少。在这里，作者研究了渗透压对胶原蛋白收缩的影响，表明胶原蛋白可以作为机械致动器发挥作用。
Water is an important component of collagen in tendons, but its role for the function of this load-carrying protein structure is poorly understood. Here we use a combination of multi-scale experimentation and computation to show that water is an integral part of the collagen molecule, which changes conformation upon water removal. The consequence is a shortening of the molecule that translates into tensile stresses in the range of several to almost 100 MPa, largely surpassing those of about 0.3 MPa generated by contractile muscles. Although a complete drying of collagen would be relevant for technical applications, such as the fabrication of leather or parchment, stresses comparable to muscle contraction already occur at small osmotic pressures common in biological environments. We suggest, therefore, that water-generated tensile stresses may play a role in living collagen-based materials such as tendon or bone. Water is an important component of collagen in tendons, bone and extracellular matrix, but its role in the mechanical function of protein is poorly understood. Here, the authors study the effects of osmotic pressure on contraction in collagen, suggesting that collagen could function as a mechanical actuator.
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