Вчені підібралися ближче до розуміння того, як і чому вода є життєво необхідною для життя. На тижні в Національній академії наук з'явилася робота, що забезпечує серйозний доказ того, що білки - складні і великі молекули, які згортаються в певні форми, дозволяючи протікати біологічних реакцій - не можуть згортатися самостійно. Замість цього згортання білків забезпечується набагато меншими молекулами води, які оточують білки, тягнуть і штовхають їх, щоб ті за частки секунди згорнулися певним чином, подібно крихітним художникам орігамі, які складають гігантські листи паперу з неймовірною швидкістю.
Донгпінг Чжон, керівник дослідницької групи в Університеті штату Огайо, який зробив відкриття, назвав цю роботу «великим кроком вперед» в розумінні водно-білкових взаємодій і сказав, що вона відповідає на питання, над яким ламали голови вчені десятки років.
«Довгий час вчені намагалися з'ясувати, як вода взаємодіє з білками. Це фундаментальна проблема, яка має відношення до структури, стабільності, динаміці і, нарешті, функції білка », заявив Чжон. «Ми вважаємо, що тепер у нас є впевнені прямі докази того, що на надкоротких часових масштабах (пікосекунди, трильйонних частках секунди) вода модулює білкові флуктуації», уклав він.
Чжон, професор хімії і біохімії, і його команда використовували сверхкороткие лазерні імпульси для зйомки рухомих молекул води навколо ДНК-полімерази, типу білка, який допомагає відтворювати ДНК.
Щоб отримати хороший вид на це взаємодія, довелося точно локалізувати оптичні зонди на поверхні білка, каже вчений. Вчені ввели молекули амінокислоти триптофану в білок в якості зонда і виміряли, як вода рухається навколо нього.
Зазвичай молекули води течуть повз один одного з пикосекундной швидкостями, тоді як білки згортаються з наносекундной швидкостями - в 1000 разів повільніше. Раніше група Чжона продемонструвала, що молекули води сповільнюються, стикаючись з білком. Але коли вони пов'язані з ним, молекули води як і раніше рухаються в 100 разів швидше, ніж білок.
У новому дослідженні вчені змогли визначити, що молекули води безпосередньо стосувалися «бічних ланцюгів» білка, частин білкової молекули, які зв'язуються і розв'язуються між собою, забезпечуючи фолдінг і функції. Дослідники також змогли відзначити синхронізацію руху молекул.
Комп'ютерне моделювання в суперкомп'ютерному центрі Огайо дозволило вченим візуалізувати те, що відбувається: там, де вода рухалася певним чином, секундою пізніше сворачивался білок, як якщо б молекула води підштовхувала білок до зміни форми.
Вода не може довільно змінювати форму білка, пояснив Чжон. Білки можуть згортатися і розгортатися декількома способами, в залежності від амінокислот, з яких складаються.
«Ми показали, що остаточна форма білка залежить від двох речей: води і самих амінокислот. Тепер ми можемо сказати, що на надшвидких тимчасових масштабах флуктуації на поверхні білка контролюються флуктуаціями води. Молекули води працюють разом подібно великої мережі, керуючи рухом білків ».