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

 

"Наноцветы" оксида цинка
"Наноцветы" оксида цинка

Конкурс логотипа ФНМ МГУ
Факультет наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова объявляет творческий конкурс логотипа (эмблемы) ФНМ, работы принимаются с 21 августа до 15 сентября 2019 года. Участники - все, кто имеет или когда бы то ни было имел отношение к ФНМ МГУ: студенты, аспиранты, преподаватели, сотрудники, выпускники, а также все творческие люди из большой университетской семьи.

Продолжается прием статей в 11-й выпуск Межвузовского сборника научных трудов «Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов»
Продолжается прием статей в 11-й выпуск Межвузовского сборника научных трудов «Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов»

Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в конференции “ГРАФЕН: МОЛЕКУЛА И 2D КРИСТАЛЛ”
Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в конференции “ГРАФЕН: МОЛЕКУЛА И 2D КРИСТАЛЛ” 5-9 августа 2019 года в Новосибирске

3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве
И.В.Яминский
Материалы лекции проф. МГУ, д.ф.-м.н., генерального директора Центра Перспективных технологий И.В.Яминского "3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве". 3D принтер, сканирующий зондовый микроскоп и фрезерный станок. Что общего между ними? Как конструировать их своими руками? Небольшой экскурс в практические нанотехнологии. Поучительная история о создании сканирующего туннельного микроскопа. От идеи до нобелевской премии за 5 лет. Взгляд в микромир – от атомов и молекул до живых клеток. Как взвесить массу одного атома? Вирусы и бактерии – наши друзья или враги? Медицинские приложения нанотехнологий – нанобиосенсоры для обнаружения биологических агентов.

Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники
В.А.Кецко
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. В сообщении даны материалы лекции д.х.н., в.н.с. ИОНХ РАН В.А.Кецко "Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники".

Лекции и семинары от ФНМ МГУ на Нанограде
Е.А.Гудилин
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. Ниже даны материалы лекций и семинаров представителя ФНМ МГУ проф., д.х.н. Е.А.Гудилина.

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!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
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.