استحکام پروتئین‌ها ریشه در مشارکت پیوندهای هیدروژنی موجود درآنها با یکدیگر دارد

یک گروه تحقیقاتی از موسسه فناوری ماساچوست (MIT )، به سرپرستی پروفسور مارکوس بوهلر، دریافتند که استحکام مواد طبیعی چون تار عنکبوت، ریشه در نحوه ی قرار گیری فضایی شبکه کریستالی پروتئین های ساختاری دارد که از پیوندهای هیدروژنی تشکیل شده است. این پیوندهای هیدروژنی به صورت مشترک در برابر نیروهای مختلف مقاومت می کنند و انرژی وارده را بین خود پخش می نمایند.
به دلیل همین فرآیند طبیعی است که یک ماده ی طبیعی سبک می تواند استحکامی چون فولاد داشته باشد حتی اگر قدرت پیوند های هیدروژنی موجود در آن صد تا هزار برابر ضعیف تر از پیوند های فلزی و یا پیوندهای کووالانسی موجود در پلی مر کولار باشد. آنان نتایج کار خود را در قالب مقاله ای در شماره ی ۱۳ ماه فوریه ی ژورنال Nano Letters منتشر کرده اند.
این گروه تحقیقاتی توانستند با استفاده از مدل سازی اتمی به وسیله ی ابر رایانه ها نشان دهند که بیشترین میزان مقاومت این شبکه کریستالی، زمانی است که دارای سه یا چهار پیوند هیدروژنی باشد و با کاستن و یا افزودن پیوند هیدروژنی به این شبکه از مقاومت آن کاسته می شود. آنان برای توجیه این پدیده از قوانین ترمودینامیک استفاده کرده و در مقاله ی خود توضیح داده اند که چگونه وارد آمدن نیروی خارجی، آنتروپی سیستم را تغییر می دهد و موجب باز شدن پیوندهای هیدروژنی می گردد و نیز با محاسبه ی انرژی که موجب شروع روند بازشدن یک مولکول پروتئینی می گردد، توانسته اند شرح دهند که چرا افزایش دادن تعداد پیوندهای هیدروژنی و دراز تر کردن زنجیره ها، استحکام مواد طبیعی را افزایش نمی دهد.
هم زمان اطلاعات به دست آمده از پروتئین های ساختاری با استفاده از دانش پروتئومیکس و داده های موجود در بانک اطلاعات پروتئینی، نشان می دهد که این ساختار کریستالی مورد نظر (منظور زنجیره های با طول کوتاهی است که به وسیله ی سه یا چهار پیوند هیدروژنی به هم متصل شده اند) رایج ترین ساختار کریستالی موجود در فرم ساختاری ß-Sheet است که به همراه α-helix یکی ازدو فرم اصلی شکل گیری پروتئین ها می باشد. این مطلب نشانگر آن است که استحکام ساختار کریستالی یکی از عوامل مهم در روند تکاملی شکل گیری فرم فیزیکی پروتئین ها بوده است.
فهم جدید از این که چگونه نحوه قرار گیری فضایی شبکه کریستالی استحکام پروتئین ها را افزایش می دهد، می تواند به ایجاد روند جدیدی در سنتز مواد منجر شود و به محققانی که بر روی بافت های عضلانی و فیبرهای آمیلوییدی در مغز مطالعه می نمایند نیز کمک خواهد کرد.