Более глубокое понимание сворачивания белков

Исследование структуры и динамики так называемых мезо-био-нано (MBN) систем — биологических или нанотехнологических объектов микронного размера — является быстро развивающейся областью науки. Учёные Александр Якубович и Андрей Соловьёв из Исследовательского центра MBN во Франкфурте (Германия) представили новое теоретическое исследование макромолекулы белка, переходящей из конформации клубка в глобулярную. Их статистико-механическая модель, опубликованная в European Physical Journal D, описывает термодинамические свойства реальных белков в водной среде, используя минимальное количество свободных физических параметров.

В работе авторы подтвердили валидность своего теоретического расчёта зависимостей теплоёмкости белка от температуры, сравнив его с соответствующими экспериментальными измерениями для двух белков: фермента стафилококковой нуклеазы и белка-переносчика кислорода и железа — метмиоглобина. Резкие изменения температуры могут привести к потере трёхмерной структуры и функции белка. Таким образом, эти результаты могут способствовать пониманию воздействия высокоэнергетических ионов на биологические клетки.

Авторы сосредоточились на сворачивании и разворачивании глобулярных белков при различных температурах в водной среде. Их статистико-механическая модель основана на существующей модели сольватации гидрофобных углеводородов. Это позволило установить так называемую статистическую сумму этого глобулярного белка в водной среде, что, в свою очередь, помогает определить все термодинамические характеристики белка в равновесии, включая его теплоёмкость и среднее количество аминокислот в развёрнутой конформации.

Исследование подтверждает возможность использования аппроксимации трёх стадий для макромолекулярных комплексов, подвергающихся превращениям сворачивания и разворачивания, вместо использования подгоночных параметров, как это делалось ранее. Эти результаты также значительно расширяют возможности количественного описания процессов конформационных изменений структуры для других белков, подчиняющихся простой кинетике сворачивания, и сложных многодоменных белков с особыми профилями фолдинга.