Физики рассмотрели атомы в белке при помощи рентгеновского лазера
МОСКВА, 31 мая 2012 - РИА
Новости. Международный коллектив физиков приспособил самый мощный рентгеновский
лазер в мире из лаборатории SLAC для изучения структуры сложных биологических
молекул с атомным разрешением и представил новую методику рентгеновской кристаллографии
в статье, опубликованной в журнале Science.
«Нам удалось визуализировать
молекулу со столь высоким разрешением, что мы смогли рассмотреть отдельные
атомы и определить их положение в белковой цепочке. Более того, структура
просвеченного белка лизоцима совпала с его химической моделью, несмотря на то,
что образец был уничтожен во время «залпа» лазера. Это первая экспериментальная
демонстрация подобного эффекта», - пояснил руководитель группы ученых Себастиан Буте (Sebastien Boutet) из Национальной ускорительной лаборатории SLAC в
городе Менло Парк (США).
Буте и
его коллеги экспериментировали со сверхмощными и сверхкороткими импульсами
рентгеновского лазера, пытаясь улучшить методику рентгеновской кристаллографии
и сделать ее более пригодной для изучения органических молекул.
В феврале 2011 года
исследователи опубликовали промежуточные результаты работы в журнале Nature. В этой статье Буте и его коллеги показали, что их
методика позволяет изучать пространственную структуру вирусных частиц и крупных
молекул белков, но не с атомной точностью.
Как отмечают исследователи,
пространственную структуру сложных биологических молекул или вирусов обычно
исследуют методом рентгеновской кристаллографии. Этот метод требует получения
высококачественных кристаллов, которые к тому же могут разрушаться под
действием излучения. Кроме того, кристаллы абсолютно свободные от дефектов, как
правило, вырастить не удается.
Чтобы избавиться от этих
недостатков, ученые решили использовать другой инструмент - чрезвычайно мощные
и сверхкороткие по длительности импульсы рентгеновского излучения.
Для фиксации этих импульсов
авторы статьи разработали специальную светочувствительную матрицу CSPAD,
способную ловить вспышки длительностью в 5 фемтосекунд
(1 фемтосекунда равна 10 в -16 степени секунды). Она
стала основой для молекулярной камеры, способной просветить даже самые
неудобные и непрочные молекулы белков.
Эта камера состоит из матрицы
CSPAD, специальной фокусирующей линзы, источника белковых кристаллов и
сверхмощного рентгеновского лазера LCLS (Linac Coherent Light Source). Во время работы устройства сверхкороткий импульс
лазера длительностью в несколько фемтосекунд «прошивает» образцы белковых молекул. При
столкновении с молекулой белка пучок рентгеновского излучения разрушает ее, но
при этом сохраняет информацию о ее устройстве и
переносит ее на матрицу молекулярной камеры.
Физики проверили работу своего
изобретения - они просветили при его помощи кристаллы белка лизоцима и сравнили
полученные изображения с известной структурой этого соединения. Эксперимент
закончился удачно - ученые смогли не только увидеть трехмерную форму молекулы
белка, но и отдельные атомы в его составе.
В отличие от других методик
кристаллографии, молекулярная камера Буте и его коллег способна фотографировать
даже очень небольшие кристаллы белков, что позволяет применять ее для анализа
микроскопических и нестабильных цепочек аминокислот. Это позволяет применять
данный прием для изучения тонких клеточных мембран и других неизученных
молекул.
источник -