پژوهشگران آلمانی مدلی ترمودینامیکی را پیشنهاد کرده‌اند که چگونگی جذب آب و انبساط پوست را با استفاده از رشته‌های پروتئین توضیح می‌دهد.

چروکیدگی انگشتان هنگام استحمام شاید به واسطه‌ی دسته‌بندی منحصر به فرد رشته‌های پروتئین موجود در سلول‌های پوست باشد. دو تن از نظریه پردازان با کمک یک مدل ترمودینامیکی کامل در Physical Review Letters این فرایند را توضیح داده‌اند. آن‌ها دریافتند این واکنشِ برگشت‌پذیر، تعادلی بین انبساط رشته‌ها (هنگام دریافت آب اضافی) و انقباض فنرمانند آن‌ها (در زمان کشیدگی) به وجود می‌آورد.

فرایند جذب آب و تورم در بیرونی‌ترین لایه‌ی پوست اتفاق می‌افتد که از سلول‌های مرده‌ای به نام کورنئوسایت‌ (corneocytes) تشکیل شده‌اند و مانند آجر درون لایه‌ها جای گرفته‌اند. آن‌ها با شبکه‌های رشته‌ای سختی از جنس کراتین پروتئین پر شده‌اند. در سال 2011 پژوهشگرانی از دانشگاه ملی استرالیا (ANU) مدلی هندسی را برای ساختار این رشته‌ها پیشنهاد دادند. در این مدل رشته‌ها به صورت نقاطی مارپیچ و قابل نفوذ در فضا در نظر گرفته شدند، به طوری که بتوانند شبکه‌ها‌ی منظم سه بعدی تشکیل دهند. این ساختار می‌تواند هنگامی که مارپیچ‌ها به سمت بیرون کشیده می‌شوند، حجم خود را تا پنج برابر افزایش دهد [1].

اکنون مایفانی ایوانز (Myfanwy Evans) از دانشگاه ارلانگن (University of Erlangen) و رونالد روتز (Roland Roth) از دانشگاه توبینگن (University of Tübingen) از آلمان گام بعدی را برداشته‌اند. آن‌ها این ساختار را تایید کرده‌اند و مدل ترمودینامیکی بدست آورده‌اند که نشان می‌دهد انرژی سیستم با تغییر اندازه‌ مارپیچ‌ها و شبکه‌ی آن‌ها چگونه تغییر می‌کند. این گروه انرژی آزاد حلال پوشی رشته‌ها را هنگام کشیدگی مارپیچ‌ها محاسبه کرد و دریافت که مقدار آن کاهش می‌یابد؛ به این معنا که ساختار تمایل به جذب آب و گسترش دارد.

اما نیرویی نیز باعث عکس این رخداد می شود. این گروه تحقیقاتی از اندازه‌گیری‌های کشش رشته‌ها [2] دریافتند که این پارامتر (کشش رشته) در یک رشته‌ی کشیده شده می‌تواند باعث بروز این نیرو شود. این نیرو مانند فنر با افزایش کشیدگی، مقدار آن بیشتر می‌شود. سپس میزان این انرژی را اندازه گرفتند و با استفاده از مدل خود سرانجام به این نتیجه رسیدند که هندسه‌ی رشته‌های کراتین نقش مهمی در پاسخ پوست نسبت به آب دارد. آن‌ها همچنین کسر حجم اشغال شده به وسیله‌ی کراتین را در دو حالت اندازه گرفتند و اعداد با نتایج گروه دانشگاه ملی استرالیا همخوانی داشت.

به گفته‌ی لارس نورلن (Lars Norlén) از موسسه‌ی کارولینسکا (Karolinska Institute) در سوئد، این نتایج می‌تواند در درمان برخی بیماری‌ها مانند رطوبت غیرعادی پوست مؤثر باشد. و نیز می‌توان از این ویژگی در ساخت مواد ساختمانی و یا لباس‌های با دوام بهره گرفت.

منبع: Protein Physics of Pruney Skin

مرجع:

[1] M. E. Evans and S. T. Hyde, “From Three-Dimensional Weavings to Swollen Corneocytes,” J. R. Soc., Interface 8, 1274 (2011).

[2] D. S. Fudge, T. Winegard, R.H. Ewoldt, D. Beriault, L. Szewciw, and G.H. McKinley, “From Ultra-Soft Slime to Hard α-Keratins: The Many Lives of Intermediate Filaments,” Integr. Comp. Biol. 49, 32 (2009).