Рубрики
Ученые приблизились к пониманию того, как и почему вода необходима для жизни. На этой неделе в Национальной Академии наук работают, обеспечивая убедительные доказательства того, что белки-это сложные и большие молекулы, которые складываются в определенные формы, позволяя протекать биологические реакции — не способны сложить самостоятельно. Вместо сворачивания белков намного мельче молекул воды, которые окружают белок, вытаскивая и подталкивая их к вам в долю секунды свернулся определенным образом, как небольшая оригами художников, которые складывают гигантские листы бумаги с невероятной скоростью.
Дунпин Юнг, руководитель исследовательской группы из Университета штата Огайо, который сделал открытие, назвал свою работу «большой шаг вперед в понимании водно-белковых взаимодействий и говорит, что она ответит на вопрос, что удивило ученых на протяжении нескольких десятилетий.
«Долгое время ученые пытались выяснить, как вода взаимодействует с белками. Это фундаментальная проблема, которая связана со структурой, стабильность, динамика и, наконец, функция белков», — говорит Юнг. «Мы считаем, что сейчас у нас есть достоверные прямые доказательства того, что на сверхкоротких временных масштабах (пикосекунд, за триллионную долю секунды) вода модулирует колебания белка», — заключил он.
Юнг, профессор химии и биохимии, и его команда использовали сверхкоротких лазерных импульсов для записи движущихся молекул воды вокруг ДНК-полимеразы-одного из видов белка, который помогает ДНК к размножению.
Чтобы получить хороший взгляд на это взаимодействие, необходимо точно определить оптические зонды на поверхности белка, — говорит он. Ученые вводили молекулы триптофана аминокислоты с протеином как зонд, и измеряется как вода движется вокруг него.
Как правило, молекулы воды текут мимо друг друга со скоростью пикосекунд, и белки с наносекундной скоростью в 1000 раз медленнее. Ранее группа Юнг показал, что молекулы воды замедляют, сталкиваясь с белком. Но, когда они с ним молекулы воды двигаются в 100 раз быстрее, чем белок.
В новом исследовании ученым удалось установить, что молекулы воды имеют непосредственное отношение к «боковых цепей» белковой части молекулы белка, которые связываются с и несвязанные между собой, обеспечивая складывания и функцией. Исследователи также смогли отметить синхронное движение молекул.
Компьютерного моделирования на суперкомпьютерном центре в Огайо позволило ученым визуализировать то, что происходит: там, где вода движется в определенном направлении, спустя секунду и в сложенном виде протеинов, так, если молекула воды выталкивается белок изменит форму.
Вода не может произвольно изменить форму белка, говорит Юнг. Белки можно сложить и раскрыть несколькими способами, в зависимости от аминокислот, составляющих.
«Мы показали, что окончательная форма белка зависит от двух вещей: воды и аминокислот. Теперь мы можем сказать, что моделирование в физике калькулятор временных масштабов колебаний поверхности белка контролируются колебания воды. Молекулы воды взаимодействуют как сеть, контролировать движение белков».
Ученые начали понимать, почему жизнь не может обойтись без воды
Илья Хель