Биологи из Университета Майнца первыми успешно кристаллизуют гемоцианин императорского скорпиона, чтобы пролить свет на структуру и активное место гигантского переносчика кислорода.
Скорпион производит редкий белок
Императорский скорпион (Pandinus imperator) является не только одним из крупнейших скорпионов в мире, но также имеет один очень редкий белок, а именно гемоцианин. Гемоцианин представляет собой белковый комплекс, состоящий из 24 субъединиц, который функционирует как пигмент крови. Это один из крупнейших известных белков, сравнимых по размеру с рибосомами или даже с небольшими вирусами. Впервые ученые из Университета в Майнце в успешно выращивают кристаллы из гемоцианина императорского скорпиона. С помощью рентгеновских лучей эти кристаллы позволяют более точно анализировать структуру белка. До сих пор криоэлектронная микроскопия в основном использовалась для изучения крупных белковых структур, таких как гемоцианин. Однако этот метод имеет свои недостатки, поскольку его разрешение недостаточно для того, чтобы иметь возможность различать отдельные атомы. С другой стороны, с рентгеновской кристаллографией структура белка может быть более точно определена. Можно даже определить пространственное расположение отдельных атомов. Ученые полагаются на эти знания о детальной молекулярной структуре этих белковых комплексов, чтобы понять, как функционируют эти белки.
Материал для нанотехнологий
Гемоцианы представляют собой необычайно большие респираторные белки, которые переносят кислород в кровь моллюсков и членистоногих. Хотя эти белки голубой крови связывают кислород между двумя атомами меди, человеческий гемоглобин связывает кислород с атомами железа. Гемоцианин очаровывает биологов, потому что, в зависимости от видов животных, связывания с кислородом в одном белковом комплексе должны взаимодействовать друг с другом, чтобы транспортировать и выделять кислород в крови. Это явление происходит только в природе и потенциально может быть использовано в приложениях нанотехнологий для создания молекулярных коммутаторов. Определение структуры с атомным разрешением необходимы для того, чтобы понять этот процесс в деталях.
Кристаллы измеряются в рентгеновском пучке, и затем структура определяется комплексными расчетами на основе рассеянных рентгеновских лучей. Сначала команда ученых смогла получить структуру среднего разрешения для белка императорского скорпиона, с которой можно было наблюдать вторичные структуры, такие как α-спирали, но другие элементы, такие как одиночные аминокислоты, пока не удалось установить. С точки зрения непрофессионала: если белок является кирпичным домом, и телескоп используется, чтобы попытаться взглянуть на его структуру издалека, окна, двери и почтовый ящик будут видны при текущем разрешении, но расположение отдельных кирпичей не будет. С дальнейшим усовершенствованием кристаллов ученые находятся на пути к достижению атомного разрешения, которое невозможно с помощью любого другого метода.
Биологи из Университета Майнца первыми успешно кристаллизуют гемоцианин императорского скорпиона, чтобы пролить свет на структуру и активное место гигантского переносчика кислорода.