0
37
Газета Наука Печатная версия

24.11.2020 21:02:00

Визуальная слежка за атомом

Знание топологии на субмолекулярном уровне позволяет узнать механизм работы белков

Тэги: история, биология, медицина, нобелевская премия


Александр Флеминг, первооткрыватель
пеницилина, пользовался хорошим,
но обычным оптическим микроскопом. 
Фото из буклета Музея науки, Лондон
Считается, что микроскопия началась с линз, изготовленных Антони ван Левенгуком, нидерландским торговцем сукна из Делфта. Он использовал линзы для определения качества сукна, а в свободное время – для рассмотрения «зверушек»-анималькулей в капле воды. Англичане чтут заслуги Роберта Гука, современника Левенгука, придумавшего добавить к микроскопу окулярную линзу. Но лишь после изобретения артиллерийских прицелов появилась и микроскопия в нашем смысле этого слова. И рождение ее связывают с именем немца Рудольфа Вирхова (1821–1902).

Максимальное увеличение светового микроскопа не превышает 2000, и связано это ограничение с длиной световой волны. Лишь в 1930-е годы в Германии был создал электронный микроскоп, увеличивающий в десятки и сотни тысячи раз за счет малой длины волны электрона. Электронный микроскоп позволил разобраться с внутренним строением клетки. Но он не позволял видеть строение белковых молекул и ДНК, представляющих основу жизни.

В 1964 году Нобелевскую премию получила Дороти Кроуфут-Ходжкин, начинавшая вместе с Лайнусом Полингом эру рентгеноструктурного анализа. Она получила премию за определение структуры витамина В12 и пенициллина, а Полинг – за выявление альфа-спирали в белках (спираль потом оказалась воспроизведенной в двух цепях ДНК).

Рентгеноструктурный анализ «статичен», поскольку с его помощью исследуют «застывшие» кристаллы. Внедрение ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) показало динамичность молекул. К тому же некоторые протеины, особенно те, что встроены в клеточную оболочку, кристаллизуются плохо, а то и вовсе нет.

В конце концов научный арсенал пополнил сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), позволивший увидеть не только отдельные молекулы, но и атомы, правда – «приклеенные» к поверхности подложки. За СТМ тоже дали Нобелевскую, но еще в конце прошлого века.

Следующего Нобеля вручили в 2017 году швейцарцу Жаку Дюбоше из Лозаннского университета, немцу Иоахиму Франку, работающему в Колумбийском университете в Нью-Йорке, и шотландцу Ричарду Хендерсону из Кембриджа. Они построили дорогостоящие (стоимость одного такого прибора доходит до 5 млн долл.) криоэлектронные микроскопы (крио-ЭМ), разрешение которых преодолело нанометровый масштаб!

И вот – новое сообщение, опять из Кембриджа. Ученые достигли разрешения, позволяющего видеть в биомолекуле отдельные атомы. В качестве «разогрева» авторы двух статей в журнале Nature (№20, 22 Oct) представили детальную 3D-картину с разрешением 1,7 ангстрема рецептора ГАМК (гамма-аминомасляной кислоты), то есть нейромедиатора, который гасит нейронную активность. ГАМК используют для введения человека в терапевтическую кому.

Исследователи пишут, что знание точного расположения атомов позволяет узнать механизм осуществления белком его функций, а также разрабатывать новые лекарства. Разница двух подходов заключается в том, что рентгеновские лучи рассеиваются на образце, а в крио-ЭМ электроны фокусируются с помощью линзы, что и дает большее разрешение. Прежний рекорд разрешения был всего 1,5 ангстрема (0,15 нанометра, нм). Таков размер связи между двумя атомами углерода.

На этот раз в качестве образца в Кембридже взяли шар пологого изнутри апоферритина. Он составлен из 24 субъединиц и служит в клетках как депо хранения железа, которое, в свою очередь, необходимо для клеточного дыхания, работы ферментов и синтеза гемоглобина. С помощью крио-ЭМ удалось рассмотреть молекулы воды и водородные связи, а также карманы, в которых могут помещаться молекулы создаваемых лекарств, в том числе антивирусных и противоопухолевых.

Названия статей и редакционного комментария говорят сами за себя: «Крио-ЭМ одиночных частиц с атомным разрешением», «Революционная техника микроскопии впервые видит отдельные атомы» и «Это открывает совершенно новую вселенную». Нечто подобное говорилось на заре электронной микроскопии. 


Оставлять комментарии могут только авторизованные пользователи.

Вам необходимо Войти или Зарегистрироваться

комментарии(0)


Вы можете оставить комментарии.

Читайте также


Другие новости

Загрузка...