Связь мышечных белков — самая прочная из известных в природе

Исследование, проведенное биофизиками из Мюнхена и структурным биологом из Гамбурга, объясняет, почему наши мышцы и мышцы других животных не разрушаются под нагрузкой. Результаты могут иметь значение для медицинских исследований и нанотехнологий.

Прочность скелетных мышц определяется наноразмерными биологическими структурами. Ключевую роль играет связь с участием титина — гигантского белка, который служит «молекулярной линейкой» для организации мышцы и действует как эластичная пружина при растяжении.

Функции титина зависят от его стабильного закрепления в структуре Z-диска саркомера. В 2006 году было показано, что это закрепление представляет собой редкую палиндромную структуру, где две молекулы титина соединяются белком телетонином. Моделирование указывало на сеть прочных водородных связей между ними как на источник стабильности, но прямых измерений не хватало.

Впервые такие измерения механической стабильности комплекса титин-телетонин провели проф. Маттиас Риф и магистр Мортен Бертц из Технического университета Мюнхена (TUM) и проф. Маттиас Вильманнс из Европейской лаборатории молекулярной биологии в Гамбурге. Их результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Используя спектроскопию силовых взаимодействий одиночных молекул на атомно-силовом микроскопе, ученые смогли «потянуть» за связь в разных направлениях. Измерения подтвердили, что комплекс образует высоко направленную связь: в направлении, соответствующем сокращению и расслаблению мышцы, она оказалась самой прочной белковой связью из известных в природе. При приложении силы в других направлениях белки легко расходились. Связь работает как механический крюк, который крепко держит при вертикальном натяжении, но легко расцепляется иначе.

Исследователи полагают, что концепция направленности белковых связей станет важной для изучения других молекулярных комплексов, подвергающихся механическому напряжению в живых организмах. Это понимание может помочь в физиологических и биомедицинских исследованиях, а также вдохновить на биомиметический дизайн в нанотехнологиях.

Источник: Technische Universitaet Muenchen