Ученые охарактеризовали качательные движения белковых молекул в кристаллах, а также изменение расположения атомов (конформационные переходы) в отдельных элементах белковой структуры. Исследование провела команда российских ученых, которую возглавил заведующий лабораторией биомолекулярного ядерного магнитного резонанса СПбГУ Николай Скрынников, совместно с зарубежными коллегами. Работа была проведена при поддержке Российского научного фонда (РНФ), а ее результаты были опубликованы в журнале Nature Communications.

Молекулярные кристаллы представляют собой твердые тела, в которых молекулы упакованы особым, регулярным образом. В общих чертах давно известно, что гидратированные (содержащие воду) кристаллы белковых молекул обладают некоторой ограниченной подвижностью, однако точных и исчерпывающих сведений по этому поводу до настоящего времени не было.

Группа российских ученых совместно с иностранными коллегами смогла установить, что белковые молекулы в кристаллах могут незначительно изменять свое положение, совершая своеобразные «покачивания». Ученые в своем исследовании использовали как экспериментальные методы, так и методы компьютерного моделирования, позволяющие составить достаточно полное и детальное представление о динамике белков в кристаллах.

«Бытовое представление о кристалле говорит нам, что кристалл – это нечто твердое и статичное. На самом деле, как нам недавно удалось показать, белковые молекулы в кристаллах часто «покачиваются». Амплитуда такого движения невелика, всего несколько градусов, но этого достаточно для того, чтобы основательно испортить качество рентгенодифракционной картины (отображение структуры белка, полученное при помощи рентгеновских лучей). В нашей последней совместной работе с Полем Шандой из Института структурной биологии в Гренобле мы представили данные эксперимента, которые позволяют с хорошей точностью определить временные характеристики обнаруженного ранее качательного движения (для исследуемого нами кристалла убиквитина это десятки микросекунд)», — рассказывает о недавнем открытии Николай Скрынников, один из авторов статьи.

Так как исследования в современной молекулярной биологии во многом основываются на данных рентгеновской кристаллографии, ученые надеются, что их открытие поможет уточнить данные, получаемые при помощи рентгеноструктурного анализа. Более точные данные, в свою очередь, смогут оказаться полезными для разработки лекарств, так как рациональный дизайн фармакологических соединений опирается именно на кристаллографические структуры белков.

В ходе двухгодичного исследования у ученых возникла гипотеза о существовании причинно-следственной связи между локальной динамикой (то есть конформационными переходами в отдельных элементах белковой структуры) и качательным движением белковой молекулы как целого. Однако данная гипотеза пока не получила экспериментального подтверждения, и ученые надеются в будущем заняться исследованием этой предполагаемой взаимосвязи.