Однажды знаменитый физик, лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман сказал: «Все, что делают живые организмы, можно представить в виде вибраций и колебаний атомов». Но раньше никогда не удавалось увидеть эти колебания в живых организмах.
Сейчас же ученые научились снимать видеоролики о этих вибрациях и движениях молекул. Мало того, все это можно видеть в формате 3Д.
Этот метод называется серийной фемтосекундной кристаллографией (SPX).
Как это работает?
Сначала из молекул формируют кристаллы. Затем кристалл обстреливают мощным пучком рентгеновского излучения сверхкороткими импульсами. Детектор улавливает рассеянные рентгеновские лучи, и, по полученной дифракционной картине можно судить о типе и положения атомов в белке и о их движении.
Изображения, получаемые в виде серых точек под разным углом от пучка рентгеновского излучения позволяют воссоздать трехмерную структуру белка (в 3Д). В результате можно получить изображения на разных стадиях химической реакции и соединить их в определенной последовательности – как кадры в кинопленке.
Но ученые столкнулись с большое проблемой. В результате одного эксперимента получалось около 100 Тбайт данных – количество, достаточное, чтобы заполнить жесткие диски 25 настольных компьютеров. А для того, чтобы сконструировать 3Д-изображение необходимо найти правильную ориентацию кристаллов на десятках тысяч снимков, а потом объединить их. Была разработана специальная компьютерная программа, способная превращать гору данных в точные 3Д-изображения молекулы.
Результаты.
Ученые получили первые кадры этапов фотосинтеза с расщеплением воды и увидели начальные этапы структурных изменений белков.
Следующий этап в развитии данной технологии – научиться создавать фильмы высокого разрешения, чтобы демонстрировать все стадии процесса на атомном уровне в деталях и раскрыть тайну фотосинтеза.
Микрофильмы о зрении
Мариус Шмидт (Marius Schmidt) из Висконсинского университета с коллегами использовали молекулярные фильмы, чтобы объяснить механизм зрения.
Интересно, что начальное зрение есть даже у бактерий. У них есть светочувствительные белки, – предшественники белков зрительной системы человека. В принципе каждая клетка как отдельный организм. У нее есть своя костная, мышечная, соединительнотканная и зрительная системы.
Делая мгновенные кадры, исследователи создали замедленное видео сверхскоростных событий и показали, как бактериальный белок реагирует на свет.
Более того, ученые отобразили атомы белка в движении в то мгновение, когда под влиянием света происходит превращение молекулы желтого пигмента, скрытой в толще белка. Впервые была определена структура желтого пигмента, сразу после поглощения им света.
Наблюдение за тем, как бактериальный белок отвечает на воздействие света, поможет понять как появилось зрение.
Представляете, нам представляется беспрецедентная возможность увидеть как происходят биологические реакции на уровне молекул.
Послесловие
И кто знает, возможно, в течение ближайших десяти лет, мы увидим какие процессы происходят на молекулярном уровне не только в глазу, но и каким образом антитела взаимодействуют с комплексами MHC-1 на мембранах клеток. Подтвердят наличие «виртуальных» микробов на мембранах обычных соматических клеток, которые являются отражением обычных микробов, находящихся на клетках слизистых оболочках человека (система HAT Medicine).
Тогда структуру белка школьникам и студентам будут преподавать не в статичных картинках на странице учебника, а в 3Д-фильмах.
Комментарии
- Комментарии не найдены
Оставьте свой комментарий