Международная группа исследователей сообщила о новом понимании малоизвестного процесса, который происходит практически в каждой клетке нашего организма.

Сворачивание белка - это процесс, при котором еще не свернутые цепочки аминокислот принимают свою специфическую форму, следовательно, выполняют свои специфические функции. Эти функции широко варьируются: в организме человека белки сворачиваются, превращаясь в мышцы, гормоны, ферменты и различные другие компоненты.

"Этот процесс сворачивания белка по-прежнему остается большой загадкой", - сказал физик Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Эверетт Липман, один из нескольких авторов статьи "Количественная оценка внутреннего трения в развернутых и внутренне неупорядоченных белках с помощью одномолекулярной спектроскопии". Статья была опубликована в Трудах Национальной академии наук.

Окончательная форма белка, по словам Липмана, в первую очередь определяется последовательностью аминокислотных компонентов в развернутой цепи. В процессе компоненты сталкиваются друг с другом, и когда достигается правильная конфигурация, цепочка проходит через свое "переходное состояние" и встает на место.

"В конечном итоге мы хотели бы понять, как химическая последовательность белка определяет, чем он станет, и как быстро он этого достигнет", - сказал Липман.

Используя технологию микрочастиц, впервые разработанную на физическом факультете Калифорнийского университета бывшим аспирантом Шоном Пфейлом, исследовательская группа, включающая сотрудников из Цюрихского и Техасского университетов, смогла отслеживать чрезвычайно быструю реконфигурацию отдельных белковых молекул по мере их сворачивания.

В микрофлюидном смесителе быстро разбавлялся "денатурирующий" химикат, используемый для распутывания белков, что позволило наблюдать сворачивание в ранее недоступных естественных условиях. Измерения показали, что внутреннее трение играет более значительную роль в процессе сворачивания, чем можно было видеть в предыдущих экспериментах, особенно когда белок начинается в более компактной развернутой конфигурации, которую он имел бы в живой клетке, не содержащей денатуратов.

"В таких масштабах трение доминирует во всем", - сказал Липман, сравнивая среду обитания молекулы белка в воде с человеческим телом в патоке. Трение между молекулой и ее жидким окружением является проблемой, так же как и "сухое" трение, которое не зависит от окружающего растворителя.

Внутреннее трение замедляет процесс сворачивания, уменьшая скорость, с которой аминокислотная цепь приобретает различные конфигурации, которые могут привести к переходному состоянию. Чем больше времени требуется, чтобы найти его исходное состояние - его окончательную форму, - тем выше вероятность, что он может застрять в развернутом состоянии.

"Когда он развернут, он более уязвим к тому, чтобы оказаться в ловушке в неправильно свернутом состоянии или к агрегации с другими развернутыми белковыми молекулами", - сказал Липман. Считается, что агрегация неправильно свернутых белков способствует возникновению многих типов заболеваний, таких как амилоидные бляшки, которые связаны с болезнью Альцгеймера. Альтернативно, развернутый и непригодный для использования белок может быть расщеплен клеткой обратно на составляющие его аминокислоты.

Хотя нет подтвержденной связи между внутренним трением и агрегацией или какой-либо закономерностью трения для одного белка, которая влияет на другие таким же образом, Липман и его коллеги приближаются к пониманию степени, в которой внутреннее трение влияет на процесс сворачивания белка.

"Эти измерения показывают, что в реальных условиях внутреннее трение играет значительную роль в динамике развернутого состояния. Если модель процесса сворачивания белка не учитывает этого, ее необходимо будет пересмотреть ", - сказал он.