58. Структурный анализ белков, принципы кристаллографии и наномагнитного резонанса.

Используемые методы для установления пространственной структуры белковых молекул: ПЭМ - просвечивающая электронная микроскопия, ПМР - парамагнитный резонанс, рентгеновская кристаллография, ядерный магнитный резонанс.

Метод рентгеноструктурного анализа кристаллов

Он основан на том, что всякое вещество обладает способностью рассеивать падающее на него излучение, в том числе рентгеновское. При этом рассеяние рентгеновских лучей кристаллами находится в определенном соответствии с расположением атомов в кристалле.

Особенность метода: выяснить не только очередность связи атомов друг с другом, но и их пространственное расположение, а также некоторые тонкости строения, трудно устанавливаемые иными путями.

Рентгеновский метод позволяет надежно определять молекулярные веса белков; для этого необходимы хорошо образованные кристаллы белков, дающие возможность получать хорошие снимки.

Рентгеноструктурный анализ применим только для хорошо кристаллизующихся белков.

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) - резонансное поглощение или излучение электромагнитной энергии веществом, содержащим ядра с ненулевым спином во внешнем магнитном поле, на частоте ν (называемой частотой ЯМР), обусловленное переориентацией магнитных моментов ядер.

ЯМР основан на изучении магнитных явлений, возникающих при поглощении электромагнитной энергии атомными ядрами с ненулевым спином.

Преимущества ЯМР:

-Работает на белках для которых невозможно получить кристаллы, в отличии от метода рентгено-кристаллографии.

-Может изучать естественную динамику белка.

Общая задача ЯМР: является получение 3-мерной структуры белка в высоком разрешении, подобно изображениям получаемым в рентгеновской кристаллографии.

Работает ЯМР так:

-На раствор молекул действуют магнитным полем.

-Ядра атомов при этом работают (особенно ядра атомов водорода) как гироскопы.

-Параметры, при которых ядра вращаются, зависят от магнитного поля в данной позиции, а это зависит от позиции и химических особенностей других атомов-соседей.

-Исследователи могут понять по анализу получаемых данных, как разные ядра атомов располагаются друг относительно друга.

Как правило, анализируют три типа данных:

-химические сдвиги (они зависят от атомов в ближайшем окружении);

-остаточное дипольное взаимодействие (на которое влияют химические связи);

-эффект Оверхаузера (интерпретирует некоторые химические сдвиги).

Возможности метода ЯМР:

-С помощью современных методов ЯМР удается установить структуру высокого разрешения биомолекул.

-Позволяет определять строение биомолекул в водном растворе – естественной среде их функционирования.

-Позволяет определять строение биомолекул в водном растворе – естественной среде их функционирования.

-Позволяют изучать взаимодействия белков с другими белками, ДНК, ионами металлов и низкомолекулярными лигандами.

-Применяется для установления строения липидных мембран и их проницаемости.