Команда российских ученых из Санкт-Петербургского государственного университета, возглавляемая заведующим лабораторией биомолекулярного ядерного магнитного резонанса Николаем Скрынниковым, исследовала качательные движения белковых молекул в кристаллах. Работа была проведена при поддержке Российского научного фонда (РНФ), а ее результаты были опубликованы в журнале Nature Communications.
Молекулярные кристаллы представляют из се6я твёрдые тела, в которых молекулы упакованы особым образом. Их можно сравнить с обычным кристаллом, где атомы расположены упорядоченно, и вся система сложена из одинаковых объемных фигур, например, кубов. Только в углах этих фигур находятся молекулы вместо атомов. Давно известно, что гидратированные (то есть содержащие воду) кристаллы белковых молекул обладают некоторой ограниченной подвижностью, однако до настоящего времени данное явление не было изучено.
© Фото : Пресс-служба Университета ИТМО
Молекула белка
Группа российских ученых совместно с иностранными коллегами смогла точно установить, что белковые молекулы в кристаллах могут незначительно изменять свое положение, совершая своеобразные "покачивания". В исследовании были использованы как экспериментальные методы, так и методы компьютерного моделирования. С их помощью ученые смогли составить достаточно полное представление о динамике белковых молекул в кристаллах.
"Бытовое представление о кристалле говорит нам, что это нечто твёрдое и статичное. На самом деле, как нам недавно удалось показать, белковые молекулы в кристаллах часто "покачиваются". Амплитуда такого движения невелика, всего несколько градусов, но этого достаточно для того, чтобы основательно испортить качество рентгенодифракционной картины. В нашей последней совместной работе с Полем Шандой из Института структурной биологии в Гренобле мы представили данные эксперимента, которые позволяют с хорошей точностью определить временные характеристики обнаруженного ранее качательного движения (для исследуемого нами кристалла убиквитина это десятки микросекунд)," — рассказывает о недавнем открытии Николай Скрынников, один из авторов статьи, руководитель гранта РНФ.
Важный вклад в исследование внесли аспирант физического факультета СПбГУ Сергей Измайлов и сотрудница биологического факультета СПбГУ Ольга Рогачёва.
Метод рентгеновской дифракции основан на изменении пути электромагнитной волны при огибании препятствий (белковых молекул). Исследования в современной молекулярной биологии во многом основываются на данных, полученных с помощью этого метода. Но если молекулы на самом деле колеблются, а не находятся на месте, полученные ранее результаты следует признать неточными. Ученые надеются, что их открытие поможет уточнить и скорректировать данные, связанные с положением белковых молекул в кристалле. Это может оказаться полезными для разработки лекарств, так как конфигурация фармакологических соединений опирается именно на кристаллографические структуры белков.
© Николай Скрынников
Элементарная ячейка кристалла убиквитина. Справа показан контакт между белковыми молекулами, влияющий на внутреннюю динамику убиквитина.
В ходе двухгодичного исследования у ученых также возникла гипотеза о существовании причинно-следственной связи между динамикой отдельных элементов и качательным движением белковой молекулы как единого целого. Однако данная гипотеза пока не получила экспериментального подтверждения, и ученые надеются в будущем заняться исследованием этой предполагаемой взаимосвязи.
