Vand påvirker hyaluronans klæbrighed

Hyaluronsyre, også kendt som hyaluronan, er et polysaccharid, der hjælper med at fastslå viskositeten af ​​kropsvæsker. Ifølge en ny undersøgelse af EPFL -forskere, det påvirker også adfærden for langt flere vandmolekyler end tidligere antaget. Deres fund - netop offentliggjort i Videnskab fremskridt - åbne nye veje til forskning om den rolle, vand spiller i menneskekroppen.

Selvom vand længe har været kendt som en afgørende komponent i biologiske systemer, det er først for nylig, at forskere begynder at opdage de indviklede måder, hvorpå det driver strukturen af ​​biologiske forbindelser som proteiner, membraner, DNA og sukker Det er også tilfældet for hyaluronan, et polysaccharid, der findes omkring celler og i dele af vores krop, hvor lubrifikation og viskositet er vigtige, som i vores led. Hyaluronan er en vigtig determinant for strukturen af ​​de vandige væsker i disse områder. Ved hjælp af en ny metode udviklet i deres laboratorium, LBP -forskerne fandt ud af, at hyaluronan påvirker orienteringen af ​​mange flere vandmolekyler end tidligere antaget. Deres forskning, optræder i Videnskab fremskridt , markerer et gennembrud i, hvordan forskere opfatter vandets rolle i biologien.

En ny måde at forstå hydrering på

LBP -forskerne undersøgte på nanoskalaen for bedre at forstå, hvordan hyaluronan interagerer med vand. Hyaluronanmolekyler indeholder mange anioner, eller negativt ladede ioner, mens vandmolekylerne (H2O) er neutrale, men positivt ladede i den ene ende og negativt ladede i den anden ende. Denne ladningsfordeling orienterer vandmolekylerne, når de 'ser' hyaluronans negative ladning. Tidligere har ladninger blev antaget at påvirke vand over en afstand af 3 vandmolekyler, kun involverer denne interaktion. Imidlertid, ved hjælp af deres nye metode, LBP -forskerne fandt indflydelsen faktisk op til 1, 600 vandmolekyler. De opdagede også en anden mekanisme, der orienterer vand, nemlig at anionernes elektrostatiske felt ændrer en smule den måde, hvorpå vandmolekyler forbindes til hinanden. Denne mekanisme spiller også en rolle i hyaluronan -løsninger. Denne banebrydende opdagelse kan udfordre konventionelle måder at tænke på vand, og hvordan det interagerer med komplekse molekyler. Hyaluronan er kendt for sine viskositetsforbedrende egenskaber, som man altid har troet kun stammer fra interaktioner mellem hyaluronanmolekylerne. Imidlertid, dette arbejde viser, at vand og hvordan det påvirkes også spiller en vigtig rolle.

Test af vandmolekylers orientering

Hyaluronan orienterer vandmolekyler ved at forbedre vand-vand-korrelationer. Det fungerer som en "fleksibel kæde omgivet af forlængede skaller af orienterende korreleret vand, som svinger afhængigt af hyaluronanmolekylets bevægelser, "siger Sylvie Roke, leder af LBP. Hendes team af forskere målte de rumlige korrelationer over nanoskopiske længdeskalaer.

Deres metode adskiller sig fra standardteknikker, såsom lysspredning, som måler variationer i hyaluronan frem for vandmolekyler. Hvad mere er, eksisterende teknikker er ikke følsomme nok til at arbejde ved meget lave koncentrationer. LBP -metoden, kaldet femtosekund elastisk anden-harmonisk spredning, giver 1000 gange større følsomhed, gør det muligt at måle de bittesmå strukturelle sammenhænge, ​​der skyldes ændringer i vandstrukturen. At belyse en løsning med et femtosekund nær infrarød laserpuls resulterer i dannelse af fotoner, der har dobbelt energi fra de indkommende fotoner. Sådanne andre harmoniske fotoner kan kun genereres fra områder i væsken, der har en brudt symmetri sammenlignet med den isotrope struktur af den rene bulkvæske. De rapporterer derfor på en meget følsom måde om strukturelle forskelle. I modsætning hertil ved almindelige lysspredningsmetoder udsendes de samme farvefotoner fra hvert molekyle, så strukturelle forskelle kun kan påvises ved at foretage en differensmåling. Dette resulterer i 1000 x højere følsomhed, samt - i dette tilfælde - følsomheden over for vand.

Roke forklarer:"Evnen til at observere, hvordan vandoverbygninger ændrer sig som reaktion på molekyler som hyaluronan åbner et helt nyt forskningsfelt. Vores metode kan bruges i kombination med andre, ikke-lineære optiske tilgange til bedre at undersøge kompleksiteten af ​​vandige systemer, som vi lige nu er begyndt at opdage. "