Нова методика рентгенівської кристалографії для вивчення структури складних біологічних молекул з атомною роздільною здатністю

Міжнародний колектив фізиків пристосував самий потужний рентгенівський лазер у світі лабораторії SLAC для вивчення структури складних біологічних молекул з атомною роздільною здатністю і представив нову методику рентгенівської кристалографії в статті, опублікованій в журналі Science.

«Нам вдалося візуалізувати молекулу з настільки високою роздільною здатністю, що ми змогли розглянути окремі атоми і визначити їх положення в білковій ланцюжку. Більш того, структура просвеченного білка лізоциму збіглася з його хімічної моделлю, незважаючи на те, що зразок був знищений під час “залпу» лазера. Це перша експериментальна демонстрація такого ефекту”, – пояснив керівник групи вчених Себастіан Буте (Sebastien Boutet) із Національної прискорювальної лабораторії SLAC у місті Менло Парк (США).

Буте і його колеги експериментували з надпотужними і сверхкороткими імпульсами рентгенівського лазера, намагаючись поліпшити методику рентгенівської кристалографії і зробити її більш придатною для вивчення органічних молекул.

У лютому 2011 року дослідники опублікували проміжні результати роботи в журналі Nature. У цій статті Буте і його колеги показали, що їх методика дозволяє вивчати просторову структуру вірусних частинок і великих молекул білків, але не з атомної точністю.

Як відзначають дослідники, просторову структуру складних біологічних молекул або вірусів зазвичай досліджують методом рентгенівської кристалографії. Цей метод вимагає отримання високоякісних кристалів, які до того ж можуть руйнуватися під дією випромінювання. Крім того, кристали абсолютно вільні від дефектів, як правило, виростити не вдається.

Щоб позбутися від цих недоліків, вчені вирішили використовувати інший інструмент – надзвичайно потужні і надкороткі по тривалості імпульси рентгенівського випромінювання.

Для фіксації цих імпульсів автори статті розробили спеціальну світлочутливу матрицю CSPAD, здатну ловити спалахи тривалістю 5 фемтосекунд (1 фемтосекунда дорівнює 10 -16 ступені секунди). Вона стала основою для молекулярної камери, здатною просвітити навіть самі незручні і неміцні молекули білків.

Ця камера складається з матриці CSPAD, спеціальної фокусуючої лінзи, джерела білкових кристалів і надпотужного рентгенівського лазера LCLS (Linac Coherent Light Source). Під час роботи пристрою сверхкороткий імпульс лазера тривалістю в кілька фемтосекунд «прошиває» зразки білкових молекул. При зіткненні з молекулою білка пучок рентгенівського випромінювання руйнує її, але при цьому зберігає інформацію про її устрій і переносить її на матрицю молекулярної камери.

Фізики перевірили роботу свого винаходу – вони просвітили при його допомозі кристали білка лізоциму і порівняли отримані зображення з відомою структурою цього з’єднання. Експеримент закінчився вдало – вчені змогли не тільки побачити тривимірну форму молекули білка, але й окремі атоми в його складі.

На відміну від інших методик кристалографії, молекулярна камера Буте і його колег здатна фотографувати навіть дуже невеликі кристали білків, що дозволяє застосовувати її для аналізу мікроскопічних і нестабільних ланцюжків амінокислот. Це дозволяє застосовувати даний прийом для вивчення тонких клітинних мембран та інших невивчених молекул.

РИА Новости

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *