Именно тип фолдинга определяет функцию белков - динамический процесс, который происходит очень быстро. При изучении этого «танца» белков партнер до сих пор игнорировался: вода. Исследователи теперь наблюдали это взаимодействие между водой и белками с помощью терагерцовой спектроскопии. Им удалось впервые показать, что белки влияют на движение окружающей водной сети в широком диапазоне.
Около 1000 молекул воды «выровнены» белком: если они двигаются так же беспорядочно, как группа танцоров диско без белка, они, как правило, переключаются на танец менуэт, когда находятся рядом с белком. исследователям в текущем выпуске Proceedings of the National Academy of Science PNAS.
Забыли партнера по танцам
В центре внимания исследований фолдинга белков до сих пор находились исключительно движения белкового остова и боковых цепей. «Однако предполагается, что быстрые движения воды, в частности их связь с движением белков, играют важную роль в сворачивании белков и, таким образом, в функционировании белков», - объясняет профессор Мартина Хавенит-Ньюен из Рурского университета в Бохуме. руб.) принимал участие в новом исследовании вместе с коллегами из Иллинойса и Невады. Фундаментальные вопросы, которые до сих пор оставались без ответа: Как далеко простирается влияние белков? Изменяются ли быстрые движения воды при сближении двух белков?
Поглощение терагерцового излучения позволяет делать выводы
Разработка мощных лазерных источников терагерцового (ТГц) диапазона открывает сейчас совершенно новые возможности для исследований: В зависимости от своего состояния вода характерным образом поглощает терагерцовое излучение - это позволяет делать выводы участвовать. Пример: если при 370 Кельвинах (97°С) только 0,7% излучения (на частоте около 1,5 ТГц) проникает через слой воды толщиной 100 микрометров, то при 270 Кельвинах (-3°С) уже 40%.. Так что лед гораздо более прозрачен для терагерцового излучения, чем вода.
Причина этого кроется в крошечных, быстрых вибрациях, в которых постоянно находятся сети молекул воды. Они длятся менее пикосекунды (одна триллионная секунды) и определяются молекулами воды, удаляющимися друг от друга и вращающимися друг против друга. Замерзшая вода поглощает излучение с другой частотой, чем жидкая вода. Таким образом, каждое измерение в терагерцовом диапазоне характеризует состояние воды.
Менуэт вместо дискотеки
Исследователи воспользовались тем, что колебания водных сетей меняются не только в зависимости от температуры, но и от близости белков.
«Можно представить, что белок заставляет молекулы воды в окружающей его среде двигаться в определенном порядке», - объясняет Хавенит-Ньюен. «Движение незатронутой воды напоминает танец танцоров диско, есть свободные связи со следующим партнером, которые через некоторое время рвутся. Вода рядом с белком танцует скорее как менуэт. Движения становятся более скоординированными, а связь со следующим партнером длится дольше». В результате вода, близкая к белкам, пропускает меньше терагерцового излучения. Это явление позволяет непосредственно наблюдать воздействие белков на воду. Исследователи делают выводы о состоянии воды по количеству поглощенной радиации.
Далеко идущее влияние
«На основе наших измерений мы впервые смогли показать, что белки влияют на быстрое движение водной сети на больших территориях», - объясняет химик. Около 1000 молекул воды находятся под влиянием белка в их сетевых движениях. Такой далеко идущий эффект, который можно измерить на расстоянии от 15 до 20 ангстрем (1 Å=одна десятая нанометра), был предсказан при моделировании, но еще не наблюдался экспериментально.
Новые измерения показали, что влияние распространяется далеко за пределы области, в которой могут наблюдаться статические изменения в структуре, такие как локальные изменения плотности (~ 3 Å). «В долгосрочной перспективе еще предстоит выяснить, какую роль терагерцовый танец воды играет с белком для его биологической функции», - утверждает Хавенит-Ньюен.