Белки — важные молекулы в нашем организме, которые выполняют широкий спектр функций. Например, в качестве ферментов они помогают высвобождать энергию из пищи, а в качестве мышечных белков они помогают при движении. Как антитела они участвуют в иммунной защите и как рецепторы гормонов в передаче сигналов в клетках. До недавнего времени предполагалось, что все белки имеют четко определенную трехмерную структуру — i.е. они сворачиваются, чтобы иметь возможность брать на себя эти функции.
Неожиданно было показано, что многие важные белки встречаются в виде развернутых спиралей. Исследователи стремятся установить, как эти неупорядоченные белки вообще способны выполнять очень сложные функции.
Исследовательская группа Бена Шулера из Института биохимии Цюрихского университета установила, что повышение температуры приводит к разрушению свернутых белков и их уменьшению.
Другие факторы окружающей среды могут вызвать такой же эффект. Переполненная среда внутри клеток приводит к сокращению белков. Поскольку эти белки взаимодействуют с другими молекулами в организме и объединяют другие белки, понимание этих процессов имеет важное значение, «поскольку они играют важную роль во многих процессах в нашем организме, например, в возникновении рака», — комментирует координатор исследования Бен Шулер.
Измерения с помощью «молекулярной линейки»
«Тот факт, что развернутые белки сжимаются при более высоких температурах, свидетельствует о том, что клеточная вода действительно играет важную роль в пространственной организации, которую в конечном итоге принимают молекулы», — комментирует Шулер относительно влияния температуры на структуру белка. Для своих исследований биофизики используют так называемую спектроскопию одиночных молекул. Маленькие цветовые зонды в белке позволяют наблюдать изменения с точностью более одной миллионной миллиметра. С помощью этого «молекулярного критерия» можно измерить, как молекулярные силы влияют на структуру белка.
С помощью компьютерного моделирования исследователи имитировали поведение неупорядоченных белков. Они хотят использовать их в будущем для более точного прогнозирования их свойств и функций.
Корректировка результатов пробирки
Вот почему, по словам Шулера, важно следить за белками не только в пробирке, но и в организме. «Это принимает во внимание тот факт, что на молекулярном уровне в нашем теле очень много биомолекул, поскольку огромное количество биомолекул втиснуто в очень маленькое пространство в наших клетках», — говорит Шулер.
Биохимики имитировали это «молекулярное скопление» и заметили, что в этой среде неупорядоченные белки также сокращаются.
Учитывая эти результаты, возможно, придется пересмотреть многие эксперименты, поскольку пространственная организация молекул в организме может значительно отличаться от таковой в пробирке, по словам биохимика из Цюрихского университета. «Поэтому мы разработали теоретический аналитический метод для прогнозирования эффектов молекулярного краудинга."На следующем этапе исследователи планируют применить эти результаты к измерениям, проводимым непосредственно в живых клетках.