Материал портала ядерных знаний BelNET
статья/документ по запросу ресурса "1508"
Новости DESY - Квантовая физика в исследовании белков На сайте немецкого исследовательского центра DESY (DEUTSCHES ELEKTRONEN-SYNCHROTRON) опубликован обзор статьи "Quantum Physics in Proteins" - "Квантовая физика в белках".
Новый аналитический метод может дать недостижимое до сих пор понимание чрезвычайно быстрой динамики биомолекул. Ученые использовали сочетание квантовой физики и молекулярной биологии, чтобы отследить, каким образом фотоактивный белок желтого цвета (photoactive yellow protein - PYP) претерпевает изменения в своей структуре менее чем за триллионную долю секунды после возбуждения светом. Чтобы точно понять биохимические процессы в природе, такие как фотосинтез у некоторых бактерий, важно знать подробную последовательность событий. Когда свет попадает на фотоактивные белки, их пространственная структура изменяется, и это структурное изменение определяет, какую роль белок играет в природе. Однако до сих пор было почти невозможно отследить точную последовательность, в которой происходят структурные изменения. Теоретически можно определить и интерпретировать только начальное и конечное состояния молекулы до и после реакции. Но мы не знаем точно, как энергия и форма меняются между ними. Энергетическое состояние молекулы можно определить с большой точностью с помощью спектроскопии; и яркие рентгеновские лучи, например, от рентгеновского лазера, можно использовать для анализа формы молекулы. Чрезвычайно короткая длина волны рентгеновских лучей означает, что они могут разрешать очень маленькие пространственные структуры, такие как положения атомов в молекуле. Однако в результате получается не изображение, подобное фотографии, а характерный интерференционный узор, который можно использовать для определения пространственной структуры, которая его создала. Поскольку на молекулярном уровне движения очень быстрые, ученым приходится использовать чрезвычайно короткие импульсы рентгеновского излучения, чтобы изображение не было размытым. Только с появлением рентгеновских лазеров стало возможным получать достаточно яркие и короткие рентгеновские импульсы, чтобы уловить эту динамику. Однако, поскольку молекулярная динамика имеет место в области квантовой физики, где законы физики отклоняются от нашего повседневного опыта, измерения можно интерпретировать только с помощью квантово-физического анализа. Следует учитывать особенность фотоактивных белков: падающий свет возбуждает их электронную оболочку, чтобы перейти в более высокое квантовое состояние, и это вызывает первоначальное изменение формы молекулы. Это изменение формы, в свою очередь, может привести к перекрытию возбужденного и основного квантовых состояний. В результате квантового скачка возбужденное состояние возвращается в основное состояние, в результате чего форма молекулы изначально остается неизменной. Таким образом, коническое пересечение квантовых состояний открывает путь к новой пространственной структуре белка в основном квантовом состоянии. Изученный белок PYP состоит примерно из 2000 атомов. Поскольку каждый атом в основном свободен двигаться во всех трех пространственных измерениях, существует в общей сложности 6000 вариантов движения. Это приводит к квантово-механическому уравнению с 6000 измерениями. Компьютерный анализ, основанный на машинном обучении, позволил выявить закономерности коллективного движения атомов в сложной молекуле. Подробности см. здесь. Ссылка на статью: Few-fs resolution of a photoactive protein traversing a conical intersection. A. Hosseinizadeh, N. Breckwoldt, R. Fung, R. Sepehr, M. Schmidt, P. Schwander, R. Santra, A. Ourmazd; Nature, 2021; DOI: 10.1038/s41586-021-04050-9. Статью можно прочитать здесь. Загрузить:
|
Вход, регистрация
