Побачити окремі атоми під мікроскопом вже реально!
Звичайно, йдеться про електронну мікроскопію, а точніше, кріоелектронну, яка досягла нового революційного рівня роздільної здатності. Вдосконалення методу кріоелектронної мікроскопії дозволило побачити атоми, з яких побудовано білкову молекулу
Вчені з Великої Британії* і Німеччини** обрали в якості об’єкту для кріоелектронної мікроскопії білок апоферитин, що зв’язує залізо та має високостабільну структуру. Завдяки технічним удосконаленням, вони забезпечили однакову швидкість руху електронів до їх зіткнення зі зразком апоферитину, добилися зниження рівня шуму від окремих електронів, що не поцілили в білок, а також створили більш чутливу камеру для виявлення електронів. Це дозволило отримати безпрецедентно чітке зображення молекули білка із роздільною здатністю 1,2 ангстреми (раніше рекордом при зображенні структури білка були 1,54 ангстрема).
Структура апоферитину з роздільною здатністю 1,2 ангстрема*
Нагадаємо, що радіуси ізольованих нейтральних атомів коливаються у діапазоні 0,3-3 ангстреми. Наразі вченим вдалося побачити окремі атоми водню як в складі білка, так і в складі молекул води навколо.
Нова методика дозволила вченим також дослідити структуру рецептора гама-аміномасляної кислоти (ГАМК), що розташований у мембрані нейронів. Для ГАМК-рецептора вдалося досягти роздільної здатності 1,7 ангстрема – це на 0,5 ангстреми менше, ніж попередні зображення. Нові дані дозволили побачити такі деталі структури білка, про які раніше ніхто й не здогадувався. А, як відомо, чим точніші дані про структуру, тим більш специфічні ліганди для взаємодії реально сконструювати. Розуміння структури ферментів, рецепторів та інших біомолекул у всіх деталях, виявлення тонких особливостей їх функціонування в нормі та при тій або іншій патології дозволить створювати більш ефективні лікарські засоби.
Донедавна головним методом дослідження структур молекул з атомарною роздільною здатністю був рентгено-структурний аналіз. Він працює лише з кристалами білків, а кристалізація для багатьох білкових молекул є проблематичною. Тепер за чіткістю зображень структури білка до рентгено-структурного аналізу наблизилася кріоелектронна мікроскопія, яка не вимагає кристалізації – для аналізу достатньо очищеного розчину макромолекули.
* Nakane T, Kotecha A, Sente A et al. Single-particle cryo-EM at atomic resolution // bioRxiv 2020.05.22.110189; doi: https://doi.org/10.1101/2020.05.22.110189
** Yip KM, Fischer N, Paknia E et al. Breaking the next Cryo-EM resolution barrier – Atomic resolution determination of proteins! // bioRxiv 2020.05.21.106740; doi: https://doi.org/10.1101/2020.05.21.106740
