Прочность водородной связи измерили напрямую

Курамшин А.И.
(«ХиЖ», 2017, №11)

pic_2017_11_12-2.jpg

«Динамометр» для измерения силы водородных связей. Исследователи проверили свою методику на модельной системе «гость-хозяин» —циануровой кислоте, связанной с рецептором Гамильтона

Исследователи из Испании разработали универсальную методику, позволяющую механически разрушать комплексы «гость-хозяин» и напрямую мерить в них прочность водородных связей. Таким способом можно измерять силы величиной 0,1—1 пиконьютонов («Chemical Science», 2017, 8, 6037—6041; doi: 10.1039/c7sc03044d).

Методы измерения прочности межмолекулярных взаимодействий для равновесных систем давно известны и успешно применяются. Однако химическим процессам, характерным для живых систем, несвойственно состояние химического равновесия. Как же измерить прочность водородных связей в реальных условиях, максимально близким к тем, что существуют в клетке?

Один из авторов нового подхода — Борха Ибарра из Мадридского автономного университета — отмечает, что ранее уже пытались определить прочность водородной связи с помощью атомно-силового микроскопа. К сожалению, результаты экспериментов не позволили с уверенностью сказать, что речь идет о прочности водородных связей, образованных парой молекул (одним донором и одним акцептором водородной связи). Возможно, таким способом определили прочности связей в ассоциате с большим количеством молекул. Еще один недостаток ранее применявшихся методов: с их помощью не удавалось измерять абсолютное значение силы менее 10 пиконьютонов, хотя чувствительность была достаточно высокой: удавалось зафиксировать различие в прочности двух связей, составляющее менее чем 1 пиконьютон.

Ибарра и его коллега Эмилио Перес повысили разрешающую способность метода с помощью атомно-силового микроскопа. Они научились измерять общую прочность нескольких водородных связей, возникающих между двумя молекулами. Для такого измерения нужны молекула ДНК и оптический пинцет (то есть оптический инструмент, который позволяет манипулировать микроскопическими объектами, в том числе молекулами и атомами, с помощью лазерного света). Подход заключается в следующем: комплекс «гость-хозяин», в котором измеряют прочность водородной связи, связывают с концами двухнитевой молекулы ДНК (например, гостя с 5’-концом, а хозяина – с 3’-концом: это гарантирует, что мы проводим измерение лишь для одного комплекса «гость-хозяин»). С помощью оптического пинцета нити ДНК разводят в противоположном направлении. При этом 5’ и 3’-концы ДНК расходятся в разные стороны, комплекс «гость-хозяин» разрушается, а исследователи измеряют силу, необходимую для разрушения этого комплекса.

Предложенный подход испытали на модельной системе, состоящей из рецептора Гамильтона (рецептор, разработанный в качестве хозяина для связывания барбитуратов, см. «Journal of the American Chemical Society», 1988, 110, 4, 1318—1319, doi: 10.1021/ja00212a065), и его гостей — производных циануровой кислоты. Оказалось, что для разрыва всех водородных связей в комплексе «гость-хозяин» требуется 17 пиконьютонов. Замена одного из атомов водорода на метильную группу ожидаемо приводит к ослаблению водородной связи, ее прочность уменьшается на 1—2 пиконьютона.

Исследователи надеются расширить наши представления о водородных связях, измерив их прочность в большем количестве систем.

Разные разности

12.09.2018 18:00:00

Сотрудники геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова провели исследования арктического кратера на полуострове Ямал, выяснили причину его образования и открыли новое геологическое явление, ранее известное только для ледяных планет и планетоидов.

>>
07.09.2018 10:00:00

Сотрудник кафедры зоологии позвоночных МГУ имени М.В. Ломоносова в ходе международной экспедиции нашёл и описал новый вид тонконогих чесночниц. Вид назвали Leptobrachium tenasserimense.

>>
04.09.2018 10:00:00

...возможно, на Марсе есть подледное озеро жидкой воды шириной 20 км...


...редактирование геномов с помощью CRISPR-Cas9 может вызывать обширные делеции и геномные перестройки, затрагивающие многие тысячи нуклеотидов и потенциально патогенные...


...гугл-очки с функцией распознавания эмоций по выражению лица снижают проявления аутизма у детей...


>>
31.08.2018 10:00:00

Однозначно ответить на вопрос, какая сила позволяет паукам летать на своей расправленной паутине, никто не может почти двести лет. Похоже на электрическое явление, но никто пока что не собрался изучить связь паука с электричеством. Этот промах исправили Эрика Морли и Дэниэл Роберт из Бристольского университета.

>>
29.08.2018 13:00:00

Ответ на вопрос, заданный в заголовке, искали орнитологи во главе с Мартином Найфеллером из Базельского университета. Правда, не для всех птиц, а для тех, что уничтожают вредителей садов и огородов.

>>