Лазеры помогли определить структуру белка за пикосекунды

Группа физиков из Массачусетского технологического института под руководством Андрея Токмакова научилась количественно определять элементы вторичной структуры белка на основе спектров, полученных с помощью скоростного лазера за 10-12 секунды. Работа опубликована в журнале Analyst, с пересказом можно ознакомится на сайте института.

Исследователи облучали образцы белков в растворе импульсами инфракрасного света длительностью менее 1 пикосекунды и проводили сложный анализ происходящего поглощения. Свет поглощался основной полипептидной цепью, которая может быть в трех основных состояниях: уложенной в альфа-спираль, сложенной в Z-образный бета-слой или неструктурированной. Поскольку в трех этих структурах атомы углерода и кислорода взаимодействовали по-разному, то менялся и спектр поглощения белков, содержащих разное количество того или иного структурного элемента. На основе анализа получившегося спектра ученые делали вывод о содержании в белке разных элементов структуры.Чтобы проверить корректность нового метода, исследователи сравнивали результаты, полученные для 16 тестовых белков с известной структурой.

Следует отметить, что метод позволяет определить только долю тех или иных элементов в структуре (спиралей, слоев или неструктурированных участков), не их последовательность, и, тем более, не положение всех атомов белка, как позволяет это делать метод рентгеновской кристаллографии. Однако разработанный метод обладает комплиментарными рентгеноструктурному анализу достоинствами. Он позволяет определять структуру белков в растворе, а не в кристалле (успешная кристаллизация - самое узкое место рентгеноструктурного метода). Кроме того, он позволяет увидеть процесс изменения структуры во время денатурации, ренатурации, и в случае взаимодействия с другими белками.

Ученые уже давно используют инфракрасную спектроскопию для изучения белков. Новую информацию из инфракрасных спектров удалось получить благодаря усовершенствованию лазеров, способных генерировать сверхкороткие вспышки света. Использование облучения последовательными сверхкороткими вспышками позволяет получить двумерные спектры поглощения, анализируя которые авторы смогли установить вторичную структуру.