19
Календарь конференций
  • 13 сентября – 20 декабря

    Научный семинар «Антропологическая среда». Осенняя сессия 2017-2018 года: «110 лет на Моховой»

  • 5 октября – 5 декабря

    Фотоконкурс «Наука среди нас»

  • 10 октября – 10 декабря

    Фотоконкурс МГУ #MSUFOTO2017

  • 26 октября

    Пятые Соколовские научные чтения: «Реализм и не-реализм на рубеже эпох: XVIII / XIX — XIX / XX — XX / XXI вв.»

  • 27 октября

    4-я научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Эффективное управление» памяти заслуженного профессора Московского университета М.И. ПАНОВА

  • 13 ноября – 8 февраля

    Международный конкурс на лучшую научную работу «Аrs Sacra Audit»

  • 17 – 18 ноября

    ХIII Поспеловские чтения. Памяти В.Е. Хализева. Аксиологические проблемы в художественной литературе

  • 21 – 23 ноября

    Совместная XVII Международная научно-практическая конференция и XIII Международная научно-практическая конференция «Кутафинские чтения» на тему «Современное российское право: взаимодействие науки, нормотворчества и практики»

  • 27 ноября – 1 декабря

    V Российская Школа по глинистым минералам «Argilla Studium-2017»

Все конференции

Химики из МГУ объяснили природу излучения зеленого флуоресцентного белка

Молекулярная динамика хромофора зеленого флуоресцентного белка, вызванная поглощением света. Источник: Анастасия Боченкова
Молекулярная динамика хромофора зеленого флуоресцентного белка, вызванная поглощением света. Источник: Анастасия Боченкова

Сотрудники химического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова совместно с иностранными коллегами установили механизм, определяющий чувствительность зеленого флуоресцентного белка к воздействию света. Ученые показали, что изолированная хромофорная группа способна излучать свет вне белкового окружения, тогда как роль белка сводится лишь к усилению ее флуоресцентных свойств. Работа проходила в рамках проекта, поддержанного Российским научным фондом (РНФ), результаты опубликованы в Journal of the American Chemical Society.

Белки семейства зеленого флуоресцентного белка широко используются в качестве биомаркеров: с их помощью можно следить за различными биологическими процессами, происходящими в клетках живых организмов. Широкое применение в молекулярной и клеточной биологии эти белки получили благодаря уникальной способности светиться при поглощении света определенной длины волны.

За поглощение света отвечает лишь небольшой фрагмент в белковой цепи — хромофорная группа (или более коротко — хромофор). Хромофор состоит всего из трех аминокислотных остатков. До настоящего времени считалось, что именно белковое окружение, внутри которого находится хромофор, отвечает за его способность испускать свет при облучении, поскольку при денатурации белка (нарушении его структуры) изолированный хромофор теряет свои флуоресцентные свойства. Авторы статьи впервые предсказали и экспериментально доказали, что изолированный хромофор может флуоресцировать и вне белкового окружения, однако лишь при температурах ниже 100 К (-173о С).

Светящийся флуоресцирующий белок находится в возбужденном состоянии. Для такого состояния характерна повышенная внутренняя энергия, поэтому оно нестабильно. Молекула белка стремится вернуться в основное состояние, для этого «лишнюю» энергию ей нужно сбросить. Этот процесс называется дезактивация, и ее можно осуществить двумя способами. Первый — флуоресценция. При переходе из возбужденного состояния в основное, хромофор излучает энергию в виде света — в результате белок светится.

Второй способ называется безызлучательная релаксация. В ходе этого процесса энергия электронного возбуждения, которая передается молекуле при поглощении света, преобразуется в колебательную энергию ядер. В зеленом флуоресцентном белке внутренняя конверсия сопровождается протеканием химической реакции — цис-транс-изомеризацией хромофора (внутримолекулярное вращение вокруг одной из двойных связей в молекуле).

В случае анионного (отрицательно заряженного) хромофора зеленого флуоресцентного белка энергия может быть также передана одному электрону, и этот электрон покидает хромофор. Претерпевая изомеризацию или теряя электрон, хромофор освобождается от излишка электронной энергии и при этом не светится. Флуоресценцию называют излучательным каналом дезактивации, а внутреннюю конверсию и испускание электрона — безызлучательными каналами. Оба канала безызлучательной конверсии и были использованы учеными экспериментально.

Оказалось, что у возбужденного электронного состояния есть энергетические барьеры, благодаря которым хромофор зеленого флуоресцентного белка может пребывать в нестабильном состоянии в течение продолжительного времени (наносекунд). Энергетические барьеры препятствуют переходу в основное состояние путем быстрой безызлучательной конверсии — им остается только флуоресцировать.

«В белке взаимодействие хромофорной группы с ближайшим белковым окружением приводит к тому, что излучательный канал дезактивации (флуоресценция) становится доминирующим уже при комнатной температуре. Таким образом, роль белкового окружения сводится к усилению флуоресцентных свойств хромофорной группы зеленого флуоресцентного белка», — рассказала один из авторов статьи Анастасия Боченкова, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физической химии химического факультета МГУ.

В ходе работы ученые исследовали свойства хромофора как с помощью математического моделирования, так и экспериментально. Ученые из МГУ создали теоретическую модель и оценили время жизни возбужденного состояния хромофора на основании проведенных квантово-химических расчетов высокого уровня точности. Подобные задачи требуют больших вычислительных ресурсов, поэтому для выполнения квантово-химических расчетов ученые использовали суперкомпьютерный комплекс «Ломоносов».

Ученые также создали новый экспериментальный метод исследования молекулярной динамики, вызванной поглощением света, — фемтосекундную спектроскопию действия с 2D временным разрешением. При этом варьировалось как время задержки между двумя фемтосекундными (10-15 с) лазерными импульсами, так и время фотоиндуцированного (вызванного воздействием света) отклика хромофора. Новый метод позволил получить информацию о динамике (способе) релаксации хромофора как в возбужденном, так и в основном электронном состоянии в зависимости от температуры. На основе полученных данных ученые сделали вывод о наличии излучательного канала дезактивации при низких температурах, что подтвердило наличие предсказанных теоретически энергетических барьеров в возбужденном состоянии.

«В работе получены новые данные, направленные на решение фундаментальной проблемы — установление молекулярных механизмов функционирования живых систем. Мы показали, что свойства отдельной хромофорной группы важны для понимания механизмов действия всей фоточувствительной биосистемы. Новые знания получены на стыке физики, химии и биологии и приводят к переосмыслению устоявшихся парадигм в науке, например, представлений о роли белкового окружения в функционировании фотоактивных белков. Результаты, полученные в данной работе, открывают возможность управления первичными фотоиндуцированными процессами в хромофорных группах флуоресцентных белков и пути создания на их основе новых функциональных биоматериалов с контролируемым фотооткликом», — заключила Анастасия Боченкова.

Работа проходила в сотрудничестве с учеными физического факультета Орхусского университета (Дания).