Исследователи из Университета Коннектикута с помощью атомистических компьютерных симуляций отдельно оценили вклад белка и окружающей его воды в упругость эластина. В статье, опубликованной 9 ноября 2026 года в журнале Nature Communications, они сообщили, что при растяжении основной неблагоприятный энтропийный эффект связан с водой. При этом взаимодействие белка с водой частично его компенсирует.

Как сравнили белок и воду

Команда Анны Таракановой и Мехетхана Чама смоделировала фрагмент человеческого тропоэластина длиной 225 аминокислот. Это молекулярный предшественник эластина. Учёные наблюдали за расслабленным состоянием фрагмента в течение 60 микросекунд, а затем сравнили его с отдельной моделью полностью растянутой молекулы. Так они смогли оценить энтропию белковой цепи и воды в ближайшем к ней гидратационном слое по отдельности. Прежние измерения обычно учитывали их общий эффект.

При растяжении на поверхности белка появлялись новые участки, доступные воде. Молекулы воды переходили из окружающей жидкости в тонкий слой у белка, где могли двигаться и располагаться менее свободно. Поэтому энтропия воды снижалась. Энтропия белковой цепи тоже менялась, но в среднем слабее. Реакция отдельных участков зависела от их строения и последовательности аминокислот.

Это можно сравнить с переходом людей из просторного зала в узкий коридор: вариантов, где встать, становится меньше. Аналогия условная: она поясняет снижение энтропии, а не описывает поведение молекул в эксперименте.

Расчёты показали и компенсацию между энтропией и энтальпией, то есть изменениями энергии взаимодействий. При растяжении некоторые благоприятные контакты внутри белка нарушались, зато взаимодействие белка с водой усиливалось. Эти противоположные изменения в значительной мере компенсировали энтропийный штраф, поэтому итоговое изменение свободной энергии в модели оказалось сравнительно небольшим.

Вывод касается выбранного фрагмента белка, а не целого эластичного волокна или ткани. Полностью растянутое состояние задавало верхнюю границу молекулярного сравнения и не изображало напрямую деформацию ткани в организме. В тканях цепи тропоэластина соединены в полимерную сеть и окружены внеклеточным матриксом. Авторы планируют изучить более сложные модели с несколькими цепями и связанными сетями эластичных волокон. Так предстоит проверить, как обнаруженный молекулярный механизм проявляется на уровне тканей.

Подробнее о подготовке научных публикаций можно узнать на странице услуги по подготовке научных статей.

Схема молекулярной модели: растяжение фрагмента тропоэластина вовлекает больше воды в гидратационный слой, снижает её энтропию, а усиление взаимодействий белка с водой частично компенсирует этот эффект

Фото: Fayette Reynolds M.S. / Pexels