Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис.1 а - динамика бактериородопсина на слюдяной подложке, b - стрелки отображают изменение положения выступов во времени, с - выступ под увеличением - сверху - до возбуждения, внизу - после, d - релаксационные кривые в зависимости от рН

Высокоскоростная атомно-силовая микроскопия на службе молекулярной биологии

Ключевые слова:  АСМ, молекулярная динамика

Опубликовал(а):  Бородинов Николай Сергеевич

11 марта 2010

Динамика конформационных изменений белковой молекулы под действием внешних импульсов является важным для изучения биологических процессов, однако исследование этой динамики чрезвычайно затруднено. Однако, применение высокоскоростной АСМ помогает решить эту проблему. На данный момент существует возможность съемки с временным разрешением 30 мс, однако цикл фотовозбуждения бактериородопсина составляет всего 10 мс, поэтому в работе применялся мутантный бактериородопсин, цикл фотовозбуждения которого составляет около 10 с.

Белковая молекула бактериородопсина, динамику которого и изучали исследователи, состоит из нескольких альфа-спиралей (особых трехмерных структур), обозначаемых A-F, соединенных переходными участками. Кроме того, молекулы бактериородопсина на цитоплазматической мембране существуют в виде тримеров. Положение альфа-спиралей отдельных мономеров в процессе возбуждения может меняться, что и будет отражаться при атомно-силовой микроскопии. На Рис.1а и Рис.1b представлены результаты сканирования, стрелки указывают смещение выступов во времени, при этом происходит вращение выступов относительно центра тримера.

В процессе фотовозбуждения молекула бактериородопсина меняет конформацию, в результате чего открываются протонные каналы цитоплазматической мембраны. Однако точный механизм этого неизвестен, так же, как неизвестно, какие именно альфа-спирали участвуют в открытии канала – экспериментальные данные, полученные разными научными группами, сильно расходятся. В результате обработки сканов АСМ установлено, что происходит поднятие связки между спиралями E и F, при этом происходит их смещение (Рис.1с).

При изменении рН среды, стабильность промежуточных конформаций также изменяется (Рис. 1d). В качестве подтверждения того, что данные АСМ представляют динамику молекулы, а не являются случайными артефактами, ученые сравнили результаты спектроскопии в видимой и ультрафиолетовой области с данными АСМ-сканирования при различных рН. Данные, полученные двумя методами, хорошо согласуются между собой, однако время релаксации, полученное методом АСМ, оказывается немного большое, что может свидетельствовать о наличии неописанных ранее промежуточных состояний.

Особенно интересными являются результаты, представляющие кооперативные эффекты. Оказывается, при возбуждении бактериородопсина мономеры объединяются в структуры, названные трилистниками. Механизм возбуждения мономеров, составляющих трилистник, оказывается довольно сложным – при малой интенсивности возбуждающего света возбуждение отдельного мономера подчиняется экспоненциальному закону (Рис.2, верх), но при более интенсивном освещении тот мономер, которых возбудился позже, чрезвычайно быстро релаксирует (Рис.2, середина), в то время как ранее возбудившийся мономер трилистника теряет энергию существенно дольше (Рис.2, низ) и не по экспоненциальному закону. Стоит отметить, что интегрально возбуждение светом малой и большой интенсивности не различаются по длительности, и описанный механизм, включающий перенос энергии в пределах трилистника, не может быть зафиксировано никакой методикой, предполагающей усреднение.

Таким образом, высокоскоростное АСМ-сканирование является перспективным методом изучения молекулярной динамики, позволяющим изучать различные нюансы процесса, которые недоступны для других методов.

Оригинальная статья«High-speed atomic force microscopy shows dynamic molecular processes in photoactivated bacteriorhodopsin» опубликована14 февраля 2010 в Nature Nanotechnology, DOI: 10.1038/NNANO.2010.7


Источник: Nature nanotechnology



Комментарии
Panza Sancho, 16 марта 2010 21:15 
Интересно, а за 30 мс какой скан они снимают, т.е. сколько точек в одной линии и сколько всего линий в скане?
И всё это после съёмки можно рассмотреть, не размыто? Всё малюсенькое. Интересно.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Марсианские хроники
Марсианские хроники

Конференции 2020-го: планы на первое полугодие
План по мероприятиям на первое полугодие 2020-го

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Британский крест китайских ученых: элемент памяти на новом типе доменной структуры в FeRh.Волокна из углеродных нанотрубок помогут сердцу. Фуллерены для стабилизации азотного топлива. International Quantum Complex Matter Conference 2020 (QCM2020).

На ВДНХ в Москве отметят День российской науки
День российской науки отпразднуют на ВДНХ в Москве 8 и 9 февраля. Инновационно-образовательный комплекс «Техноград» на ВДНХ приглашает москвичей и гостей столицы отпраздновать «День науки». Гостей ожидают бесплатные мастер-классы, знакомство с инновациями в биомедицине и достижениями нейронаук, занимательные уроки и многое другое.

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2020 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

Да пребудет с вами сила плазмонов!
А.А.Семенова, Э.Н.Никельшпарг, Е.А.Гудилин, Н.А.Браже
Ученые Московского университета приблизились к решению проблем современной медицинской диагностики с использованием единичных клеток и их органелл путем разработки новых неинвазивных оптических методов анализа.

Юрий Добровольский: «Через 50 лет вся энергия будет вырабатываться биоорганизмами»
Андрей Бабицкий, Юрий Добровольский
Главный редактор ПостНауки Андрей Бабицкий побеседовал с химиком Юрием Добровольским о науке о материалах, будущем энергетики и новых аккумуляторах

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.