|
Магнитный резонанс делает невидимое видимым
|
|
|
|
Небольшая группа исследователей, включая Денниса Курцбаха с химического факультета Венского университета, только что опубликовала в Nature Protocols передовой метод ЯМР (ядерно-магнитного резонанса) для мониторинга быстрых и сложных биомолекулярных событий, таких как сворачивание белков. Сворачивание белков долгое время считалось одной из величайших загадок современных исследований. Этот важнейший процесс, во время которого цепи аминокислот принимают трехмерную структуру и функциональность, происходит в течение миллисекунд. Из-за такой скорости события сворачивания белка часто не могут быть охарактеризованы с помощью ЯМР-спектроскопии, которая является стандартным методом изучения молекулярных структур. Используя гиперполяризованную воду, исследователи разработали метод, который значительно усиливает сигналы белков, нуклеиновых кислот и других биомолекул. Это делает возможным мониторинг таких процессов, как сворачивание белка.
|
|
|
|
С помощью ЯМР-спектроскопии исследователи могут измерять магнитные свойства атомов и таким образом анализировать атомную структуру молекул в растворе. Метод Денниса Курцбаха и его коллег Кристиана Хилти (США) и Лусио Фридмана (Израиль) основан на ЯМР и позволяет отслеживать биологические процессы в режиме реального времени. Используя гиперполяризованную воду, исследователи значительно усилили ЯМР-сигналы исследуемых образцов и, следовательно, повысили чувствительность метода. При использовании методов гиперполяризации, точнее растворения ДНП (Д-ДНП), возможно усиление сигнала более чем в 10 000 раз. «Гиперполяризованная вода действует как усилитель ЯМР-сигналов белка во время измерения. Ядра водорода гиперполяризованной воды обмениваются ядрами белков, таким образом передавая мощность сигнала последним», — говорит Деннис Курцбах из Института. биологической химии и заместитель заведующего ЯМР-центром химического факультета.
|
|
|
С помощью нового метода исследователи могут записывать спектр ЯМР каждые 100 миллисекунд и использовать его для отслеживания трехмерных координат отдельных аминокислот и их изменения с течением времени. «Это позволяет нам отслеживать процессы, которые происходят за миллисекунды, и различать отдельные атомы», — говорит химик Деннис Курцбах, который в своих исследованиях занимается разработкой новых методов. В своем исследовании авторы подробно описывают свой метод, от гиперполяризации до переноса гиперполяризованной воды в ЯМР-спектрометр, до смешивания гиперполяризованной воды с раствором образца и измерения ЯМР.
|
|
|
|
Кроме того, они представляют шесть примеров применения метода, включая наблюдение за укладкой белков или даже за взаимодействием РНК (нуклеиновых кислот) и РНК-связывающих белков в качестве основы для экспрессии генов в клетке. По словам ученых, новый метод можно использовать для конкретных исследований РНК, ДНК и полипептидов, особенно когда усиление сигнала достигает «магического» числа в 1000 раз. Спектрометр ЯМР, оснащенный прототипом гиперполяризации, является необходимым условием для ЯМР, усиленного гиперполяризованной водой. Однако такая инфраструктура пока не распространена. Химический факультет Венского университета с 2020 года оснащен устройством DDNP-ЯМР, которое сконструировал Деннис Курцбах.
|
|
|
|
Источник
|
