Физики сняли молекулярный фильм о каталитической реакции на атомном уровне
Группе исследователей из Южной Кореи впервые удалось проследить и задокументировать катализ одного из важнейших в организме человека фермента. Ученые получили структурные данные на каждом этапе реакции и реконструировали их, «кадр за кадром», в хронологическом порядке. Так получился молекулярный замедленный фильм, раскрывающий детали сложного многоступенчатого химического процесса.
Физики применили новую технологию, чтобы глубже изучить роль молекул воды в ферментативном катализе карбоангидразы. Это в основном цинксодержащий металлофермент, повсеместно встречающийся у человека, животных и фотосинтезирующих организмов, а также у некоторых нефотосинтезирующих бактерий. Класс карбоангидраз регулирует, в частности, уровень углекислого газа (CO2) в организме и считается одним из самых каталитически эффективных известных ферментов.
Рассматривая динамические свойства ферментов, ученые не раз отмечали, что те неразрывно связаны с конформационными изменениями (изменениями формы макромолекулы, часто вызванными факторами окружающей среды) и движением молекул воды внутри и вокруг активного центра фермента.
В своем исследовании ученые из Ульсанского национального института науки и технологий (Южная Корея) взяли воду за неотъемлемый и активный компонент центра, поскольку ее молекулы — важные участники общей стабильности, структуры и динамики ферментов. Кроме того, молекулы воды играют существенную роль в их катализе и молекулярном распознавании.
До сих пор было крайне мало известно о том, как структура и динамика воды напрямую связаны с такими ферментативными механизмами, как связывание субстрата, стабилизация переходного состояния и высвобождение продукта. Ни одна ферментативная реакция из-за слишком быстрого темпа промежуточных этапов не была охарактеризована достаточно подробно. Углекислый газ (CO2) преобразуется с помощью белкового катализатора — карбоангидразы — в ионы бикарбоната (HCO3), растворяемые в крови, со скоростью более одного миллиона раз в секунду.
Авторы исследования кинетически захватили каталитические промежуточные продукты, от связывания CO2 до высвобождения бикарбоната, на временных отрезках короче одной наносекунды. Они объединили технику ультрафиолетового фотолиза, то есть процесса разрушения молекул под действием ультрафиолетового излучения, и рентгеноструктурный анализ кристаллов при различных температурах. Сначала фермент охлаждали до -183 градусов Цельсия, затем вводили светочувствительный субстрат (3NPA), который поставлял углекислый газ в активный центр фермента при воздействии ультрафиолета. Потом температуру постепенно увеличивали до -73 градусов Цельсия, фиксируя структурные изменения на каждом этапе.
Реконструкция полученных изменений и составила первый молекулярный фильм, в котором наглядно показано, как перегруппировка и замена молекул воды в активном центре фермента напрямую определяет скорость высвобождения продукта, в частности, бикарбоната. Авторы статьи отмечают, что столь глубокое исследование сложного взаимодействия между ферментами и водой обещает не только обогатить понимание молекулярной эволюции, но и дать толчок развитию инновационного дизайна лекарств и инженерии биокатализаторов.
Научная работа опубликована в журнале Nature Communications.
Telegram 
Дзен 
VK Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Исследователям удалось обнаружить у побережья филиппинского острова Лусон останки «Хофуку Мару» — печально известного японского плавучего концлагеря, подорванного торпедой союзников в 1944 году. Затонувший корабль стал братской могилой более чем для тысячи военнопленных, находившихся на борту.
Ученые впервые объединили головной мозг и аналог спинного мозга плодовой мушки в общую трехмерную карту. Результаты показали, как голова и тело обмениваются сигналами. Анализ сети помог выявить распределенную систему контроля: базовыми движениями насекомого руководили местные группы нейронов, тогда как мозг играл лишь роль координатора.
Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Исследователи НИУ ВШЭ и МГУ доказали универсальный закон, описывающий время исчезновения популяций в случайной среде. Анализ эволюции ветвящихся процессов — сложных вероятностных систем — показал, что вне зависимости от изначального числа особей процесс вымирания подчиняется строгим математическим закономерностям.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии