分子水平的血凝块力学

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血凝块的功能和功能障碍通常与它们的机械特性直接相关:血凝块可以阻止血液流过伤口，但也可以脱离(栓塞)并阻塞血管，导致中风。强度和可塑性都很重要，以确保前者比后者更常见，因此人们已经研究了凝块的力学超过50年。

尽管有这样的历史，或者正因为有这样的历史，新的发现一直在不断地出现。以刘最近报告的观察结果为例et al。去年科学(摘要免费)。他们使用了一种联合荧光和原子力显微镜(与我最近一直在使用的显微镜没有什么不同!)来拉伸单个纤维蛋白纤维——这些纤维蛋白纤维构成了血块的蛋白质网，在上图中以绿色显示——看看它们能拉伸多远。他们发现，一些纤维在断裂之前可以拉伸到松弛长度的5倍!去看电影吧Martin Guthold的网站。

纤维蛋白纤维是如何承受如此大的拉伸的?特别是对于这些极端拉伸，我认为蛋白质展开可能会发挥作用。但在对构成纤维蛋白纤维的蛋白质的机制一无所知的情况下，这只是猜测。这就是单分子拉伸的由来。关于单分子力学的一些背景知识，你可以看到之前的一篇文章在这里。基本上，一种蛋白质被吸附在表面上，然后用显微镜悬臂的尖端把它拉出来。尖端和目标蛋白质之间的非特异性附着有时很强，足以将将蛋白质结合在一起的相对较弱的相互作用拉开。为了在分子水平上研究凝块力学，我开始研究纤维蛋白原，一种被凝血酶激活后形成纤维蛋白纤维的蛋白质。看到最后十一月的分子月更多关于纤维蛋白原和凝血级联的细节。

与迄今为止单分子AFM研究的大多数其他蛋白质不同，纤维蛋白原具有更复杂和多样的结构，这使得单分子实验的解释变得复杂。为了提高成功率，我们利用了另一种作用于纤维蛋白原的酶，称为XIIIa因子，它将纤维蛋白原分子共价连接在一起。当我们将纤维蛋白原和XIIIa因子混合在一起时，我们得到了纤维蛋白原的小链，它们非常适合拉动;

当这些小链(图像中的刻度条代表50纳米)被拉出时，我们看到一个锯齿形的力延伸曲线，这与蛋白质结构域连续的两态展开是一致的。在做这个实验之前，不知道纤维蛋白原的哪个结构域会首先展开，但是，根据锯齿状峰与纤维蛋白原已知结构之间的距离，我们可以排除球形末端结构域，并得出结论，可能是每个独立展开的螺旋状结构域。左图为螺旋状线圈展开后的长度增加，右图为纤维蛋白原的晶体结构。注意棒状结构，两端由三股线圈分隔。它很漂亮。

我们拉了一下纤维蛋白原，发现它的螺旋状线圈以大约100 pN的力展开，呈两态过程(折叠和展开的两种状态)。这个事实，以及对它的一些阐述，作为纯粹的生物物理学是有趣的，但这对血凝块力学和生理学意味着什么呢?好问题，我很高兴你问了。我们知道单个纤维蛋白纤维的硬度，因为约翰·韦塞尔实验室的其他工作(~10 pN/nm^2)，我们知道分子的大致横截面积(~10 nm)，所以我们可以计算出纤维拉伸两倍后每个分子的力约为100 pN，即足以展开卷曲的线圈!这种展开除了可以从网络重排和纤维弯曲中获得的拉伸外，还可以吸收超过两倍的拉伸，并且在某些情况下可以防止血栓破裂。但是在更适度的扩展中呢?说实话，我不知道，但生活在(并陶醉于)不确定性中是科学的乐趣之一。我有预感。直觉是关键。

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