Ученые на XFEL впервые наблюдали за жизнью белков в реальном времени

РИА Анонсы. Ученые на установке EuXFEL — Европейском рентгеновском лазере на вольных электронах — в первый раз смогли следить в настоящем времени, как изменяется структура белков, и сняли 1-ый в истории молекулярный кинофильм.

Схема экспериментаСхема опыта. Микрокристаллы вводятся вверху слева. Реакция инициируется импульсами лазера слева в центре, попадающими в белки снутри кристаллов. Атомная структура белка исследуется при помощи рентгеновских импульсов (слева понизу).
© European XFEL / Blue Clay Studios

EuXFEL генерирует интенсивное рентгеновское излучение в виде очень маленьких импульсов, длительностью не наиболее 100 фемтосекунд. Это дозволяет изучить сверхбыстрые хим реакции, следя все этапы преобразования вещества.

Южноамериканские ученые под управлением Мариуса Шмидта (Marius Schmidt) из Института Висконсин-Милуоки разработали опыт по исследованию преобразований белков под действием света.

Для того чтоб разобраться в реакциях белковой химии, отвечающих за все актуально принципиальные функции организмов, нужно узреть, как молекулы меняются, взаимодействуя вместе. Потому что эти конфигурации весьма резвые, наблюдения должны проводиться со сверхкоротким шагом, чтоб проследить все этапы, и по способности выделить те, где происходят сбои, которые могут стать предпосылкой болезней.

1-ый опыт по наблюдению за конфигурацией формы белков Шмидт и его коллеги поставили в 2014 году в Государственной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США (Соединённые Штаты Америки — государство в Северной Америке) в Калифорнии. Там ученые в первый раз смогли задокументировать атомные конфигурации в белковых образчиках.

В 2016 году при помощи американской установки XFEL им удалось повысить детальность собственных наблюдений и показать перегруппировку атомов в спектре времени от нескольких фемтосекунд до 3-х пикосекунд. Конфигурации, происходящие во временном масштабе наиболее 100 пикосекунд, уже были зафиксированы ранее с внедрением остальных источников рентгеновского излучения.

Таковым образом, оставался неисследованным спектр от 3 до 100 пикосекунд, и для этого ученые приехали на EuXFEL, где совместно со своими германскими сотрудниками провели оканчивающий шаг опыта.

Сущность способа рентгеновской кристаллографии состоит в том, что кристаллы, содержащие белки, облучаются лазером и сразу подвергаются действию рентгеновских импульсов. Дифракция лучей — рассеяние их по определенной схеме — указывает положение атомов в кристалле.

Резвые импульсы рентгеновского излучения делают двухмерные снимки всякого эталона с сотен тыщ углов, под которыми луч попадает на кристалл. Опосля цифровой обработки они преобразуются в передвигающиеся трехмерные изображения, которые демонстрируют конфигурации в расположении атомов со временем — «белковые» киноленты.

Последующая задачка состояла в том, чтоб проанализировать приобретенные данные и выстроить карты структурных конфигураций белков. Дело в том, что из миллионов рентгеновских импульсов, которые делает XFEL, большая часть совершенно не попадают в цель. Кристалла добиваются лишь 1-2 процента импульсов, другие делают «шум», который нужно удалить из данных. Для этого ученые написали специальную программку.

«Создание карт физического функционирования белка открывает двери для ответов на еще наиболее суровые био вопросцы, — приводятся в пресс-релизе института слова доктора Шмидта. — Сейчас EuXFEL можно разглядывать как инструмент, который помогает выручать жизни людей».

Результаты исследования на EuXFEL знаменуют собой новейший шаг исследовательских работ белков, позволяющий разобраться, какие многофункциональные структурные преобразования происходят в этих молекулах, осознать динамику био действий, в каких они участвуют.

Статья размещена в журнальчике Nature Methods
Источник: РИА Анонсы

Оставьте ответ

Ваш электронный адрес не будет опубликован.