Ученые разработали инструмент для измерения расстояний внутри молекул с атомной точностью.

Новости МирТесен

Определение расстояний между белками, что подразумевает работу в нанометровом диапазоне, как правило, осуществляется при помощи специализированных микроскопов. Эти инструменты обеспечивают визуализацию расположения макромолекул относительно друг друга. Немецкая группа ученых разработала устройство, напоминающее «линейку», способное проникать внутрь макромолекул и измерять расстояния внутри молекулы с высокой степенью точности. Данный метод может оказаться ценным в области медицины.

Белки — это крупные молекулы (макромолекулы), формирующиеся из атомов углерода, водорода, азота и кислорода, входящих в состав множества аминокислот, соединенных между собой пептидными связями. В некоторых случаях структура белка может изменяться, что приводит к изменению их формы повлиять на работу этих макромолекул. Изменения в структуре белков способны вызывать развитие различных заболеваний. Например, нарушение структуры тау-белка, который обеспечивает нормальную работу нейронов, приводит к болезнь Альцгеймера.

Для прогнозирования будущих структурных изменений белков и выявления механизмов, лежащих в основе этих трансформаций, необходимо точно определять расстояния между атомами (и группами атомов) внутри макромолекул.

Команда физиков из Германии во главе с Штеффеном Сахлом ( Steffen Sahl), работающая в Институте комплексных исследований им. Макса Планка, разработала внутримолекулярный инструмент MINFLUX, предназначенный для определения расстояний внутри белков с точностью до 0,1 нанометра (или одного ангстрема). Диапазон измеряемых расстояний варьируется от 0,1 до 10 нанометров и зависит от конкретной структуры белка. Результаты исследования были опубликованы в научной статье, опубликованной в журнале Science.

При создании внутримолекулярной «линейки» Штеффеном Сахлом и его командой был применен флуоресценцию, что представляет собой процесс, при котором молекулы начинают излучать свет после поглощения фотона. Физики закрепили две небольшие флуоресцентные молекулыС использованием фотоактивируемых красителей, эти молекулы были прикреплены к двум различным участкам макромолекулы, после чего их облучили лазерным лучом. Анализируя излучение светящихся молекул, ученые получили возможность определить расстояние между ними.

С помощью данной методики было измерено внутримолекулярное расстояние для ряда белков. Минимальное зафиксированное значение составило 0,1 нанометра – величина, сопоставимая с размером отдельного атома. Флуоресцентная «линейка» обеспечивала измерения до 10 нанометров, что предоставляет более широкий диапазон по сравнению с многими распространенными оптическими методами.

В рамках одного из экспериментов исследователи сравнили две различные конформации одного и того же белка и выявили их различия: расстояние между ними варьировалось от одного до четырех нанометров. В другом случае ученые провели измерения внутримолекулярного расстояния в раковой клетке.

Авторы исследования подчеркивают, что достижение такой точности стало возможным благодаря применению ряда современных технологических решений, включая более совершенные микроскопы и флуоресцентные молекулы, характеризующиеся отсутствием мерцания и постороннего свечения.

В дальнейшем немецкие физики планируют доработать свою методику и определить, какие именно макромолекулы получат наибольшую выгоду от использования флуоресцентного «линейного» измерения.