Практическая значимость РСА

Лабораторная работа №5.

Рентгеноструктурный анализ (РСА)

Практическая значимость РСА

В природе встречается примерно 10¹² различных белков, выполняющих самые разнообразные функции. При всем своем структурном и функциональном многообразии все природные белки построены из 20 аминокислот, соединенных в соответствии с кодом белкового синтеза. В зависимости от последовательности аминокислотных остатков в полипептидной цепи формируется определенная стабильная трехмерная структура белка, определяющая его структурные и функциональные свойства. Например, для каждого фермента характерна уникальная пространственная конформация его активного центра, обеспечивающего взаимодействие со строго определенными молекулами субстратов и осуществляющего каталитический акт. Причем, для эффективного образования фермент-субстратного комплекса большое значение имеет не только геометрическая комплементарность молекул фермента и субстрата, но и образование водородных связей, электростатические и гидрофобные взаимодействия между атомами активного центра фермента и молекулы субстрата. Таким образом, любая белковая молекула характеризуется уникальностью структуры, которая определяет уникальность ее функции.

Выяснение пространственной организации белков является одним из основных направлений современной биохимии.

На сегодняшний день единственным экспериментальным способом с атомарной точностью узнать, что представляет собой трехмерная структура белка, является рентгеноструктурный, или кристаллографический, анализ, позволяющий определить пространственные координаты всех атомов исследуемого объекта. При наличии данных о положении отдельных атомов можно вычислить межатомные расстояния, валентные углы, углы вращения вокруг связей, распределение поверхностного заряда и другие детали молекулярной геометрии.

Определение структур макромолекул имеет не только фундаментальное значение, но и большое прикладное применение. Рентгеновская кристаллография широко используется для дизайна и направленной модификации молекул с целью дальнейшего их использования в медицине и промышленности. Например, знание структуры белка и его комплекса с ингибиторами является решающим фактором при создании лекарственных препаратов.

Рентгеноструктурный анализ занимает особое место среди экспериментальных методов, и постоянный интерес к нему отражен в том факте, что с момента открытия рентгеновских лучей в 1901 г. по настоящее время работы в этой области 12 раз отмечались Нобелевскими премиями.

Применение рентгеноструктурного анализа для исследования сложноорганизованных биологических объектов началось после 1953 г., когда сотрудник Кавендишской лаборатории Кембриджского университета Макс Перутц нашел способ определения структуры крупных молекул, таких как миоглобин и гемоглобин. С тех пор рентгеноструктурный анализ молекул белка помогает нам понять химию биологических реакций.

На сегодняшний день известны структуры около 15 тыс. белков и их комплексов с биологически важными молекулами.