Биохимики проследили за метаморфозами белка в кислой среде

Ученые доказали теорию полувековой давности, обнаружив, что при снижении pH белок теряет молекулы воды, а разные аминокислоты реагируют на изменения по-разному. Предполагается, что этот механизм универсален для всех белков, что открывает новые возможности для биотехнологий.

Исследователи впервые напрямую доказали, что белки систематически теряют свою гидратную оболочку при повышении кислотности окружающей среды, теряя примерно 100 молекул воды на каждую единицу снижения pH

Источник: Freepik

Исследователям из университета Мартина Лютера (Германия) выяснили, что происходит с белками, когда окружающая среда становится более кислой: защитная оболочка из молекул воды начинает стремительно разрушаться.

Чтобы пронаблюдать этот процесс, команда использовала криоэлектронную микроскопию высокого разрешения (крио-ЭМ). Белок мгновенно замораживали и бомбардировали электронным пучком, создавая детализированные 3D-модели структуры на атомарном уровне. В качестве объекта исследования выступил апоферритин — белок-хранилище железа. Ученые проследили за его поведением при семи различных уровнях pH — от щелочного до кислотного.

Результаты оказались поразительными. Эксперименты показали, что при снижении уровня pH белок теряет около 100 молекул воды на каждую единицу кислотности. Выяснилось, что разные аминокислоты ведут себя по-разному. Например, глутамат и аспартат первыми высвобождают воду. Другие же аминокислоты удерживают влагу, формируя стабильное внутреннее ядро, которое сохраняется даже в агрессивной среде.

«Мы смогли проследить движение каждой отдельной молекулы воды. Одни аминокислоты ее связывают, другие — высвобождают. Мы не ожидали увидеть такую четкую закономерность», — поделился доктор Иоаннис Скалидис.

Изменение уровня pH вызывает не только разрушение водной оболочки, но и смещение ионов железа внутри белка от центра к краям

Источник: Freepik

Кроме того, изменение кислотности повлияло не только на гидратную оболочку, но и на положение связанных ионов железа внутри белка. При повышении кислотности они постепенно смещаются от центра связывания к периферии. Это указывает на наличие структурного механизма, который может приводить к высвобождению металлов из белков, играя важную роль в клеточной регуляции.

Хотя для подтверждения универсальности этих процессов необходимы дальнейшие исследования других белков, ученые предполагают, что механизм аналогичен. Полученные знания открывают путь к созданию более устойчивых промышленных ферментов или систем доставки лекарств, способных выдерживать резкие изменения среды.

Ранее Наука Mail рассказывала, как химики превратили кожуру граната в высокоэффективный очиститель воды.