17
Календарь конференций
  • 2 – 4 октября

    ХVII Международная научная конференция «Лазаревские чтения» 2019 года

  • 10 октября

    II Всероссийская научно-практическая конференция преподавателей, научных сотрудников и аспирантов «Социальная динамика населения и устойчивое развитие»

  • 14 – 16 октября

    Всероссийская научная конференция «Астрометрия вчера, сегодня, завтра»

  • 14 – 15 октября

    Московская осенняя международная конференция по перовскитной фотовольтаике

  • 23 – 25 октября

    Международная научно-практическая конференция «Предвузовская подготовка иностранных граждан в РФ: история и современность»

  • 14 – 16 ноября

    VI Международная научно-практическая конференция «Дизайн СМИ: тренды XXI века» — Визуальная коммуникация в кроссплатформенных медиа

  • 21 – 24 ноября

    IV Международная научная конференция «Конвергентные когнитивно-информационные технологии»

  • 21 – 22 ноября

    Международная научная конференция Хачатуровские чтения - 2019 «Устойчивое развитие и новые модели экономики"

  • 21 – 24 ноября

    VIII Международная конференция-конкурс «Инновационные информационно-педагогические технологии в системе ИТ-образования»

  • 26 – 27 ноября

    Всероссийская научная конференция, посвященная 50-летию кафедры этики «Этика в современном философском дискурсе: проблемы и перспективы»

Все конференции
Гранты Президента РФ
Конкурсы на замещение должностей научных и педагогических работников
Программы поддержки талантливой молодежи
«Университет без границ»
Олимпиады школьников и универсиады в МГУ
Проект «Вернадский»
Единая поисковая система по зарубежным базам данных
14/03/19

Химики МГУ объяснили природу сверхбыстрой реакции в зрительных фоторецепторах

Фотоизомеризация ретиналя - первичный процесс при передаче зрительного сигнала // Источник: Анастасия Боченкова / МГУ
Фотоизомеризация ретиналя - первичный процесс при передаче зрительного сигнала // Источник: Анастасия Боченкова / МГУ

Сотрудники химического факультета МГУ совместно с коллегами из Орхусского университета (Дания) установили механизм и определили скорость инициируемой светом реакции для молекулы, отвечающей за возникновение зрительного сигнала, – одного из самых быстрых биохимических превращений в природе. Работа ученых опубликована в журнале Nature Communications. Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда.

Процессы, происходящие в природе под действием света, такие как фотосинтез у растений, зрение у позвоночных, сопровождаются химическими превращениями хромофорных групп фотоактивных белков – небольших молекул, отвечающих за поглощение кванта световой энергии. Ученые десятилетиями изучают факторы, влияющие на высокую эффективность светозависимых биохимических процессов в живых организмах. Фотохимические превращения в живых системах происходят с невероятными скоростями – на временах порядка сотен фемтосекунд. Основной частью светопоглощающих белков зрительной рецепции является молекула ретиналя, система двойных связей которой отвечает за поглощение света в видимом диапазоне.

Химическая «основа» зрения – изменение положения заместителей у двойных связей ретиналя, так называемая цис-транс изомеризация. Механизм изомеризации ретиналя у бактерий и у животных различаются: при поглощении фотона цис-форма переходит в транс-изомер у животных, а у бактерий наоборот – транс-изомер ретиналя переходит в цис-форму. Кроме того, у молекул ретиналя «разных царств природы» изомеризуются разные двойные связи. Времена этих превращений ранее определили как для одиночных молекул ретиналя в растворе, так и в составе светочувствительных белков – зрительных фоторецепторов. Оказалось, что во многих случаях скорость фотоизомеризации в растворе падает в сотни раз. В связи с этим возник фундаментальный вопрос, оказывает ли белковое окружение ускоряющее (каталитическое) воздействие на реакцию, или оно просто защищает молекулу ретиналя от воздействия растворителя.

Российские и датские ученые впервые ответили на этот вопрос, долгое время остававшийся без ответа. Для этого датскими учеными был разработан новый экспериментальный метод для исследования заряженных биологических хромофоров в газовой фазе с использованием фемтосекундной спектроскопии с временным разрешением и современных ион-накопительных технологий. Подготовка к таким экспериментам и их проведение занимает несколько лет. Сотрудники лаборатории квантовой фотодинамики, созданной недавно на химическом факультете МГУ по программе развития Московского университета, провели анализ результатов и интерпретировали полученные данные с помощью квантовохимических расчетов высокого уровня точности. Моделирование механизмов фотохимических реакций требует огромной вычислительной мощности. Расчеты российские химики проводили на суперкомпьютерном комплексе «Ломоносов» Московского университета. Ученые установили, что фотоизомеризация ретиналя в газовой фазе действительно может быть очень быстрой - сотни фемтосекунд для цис-изомера, и медленной - несколько пикосекунд для полностью транс-изомера. Таким образом, ученые выяснили, что первичная фотохимическая реакция в белках зрительной рецепции проходит так же быстро, как и для изолированной молекулы ретиналя. Бактериальные родопсины, напротив, значительно ускоряют реакцию и, более того, меняют специфичность реакции изомеризации.

«Наши результаты показывают возможность принципиально нового подхода в исследованиях фотохимических реакций в белках. Изучение эталонных реакций, таких как превращения изолированных молекул, помогает сделать заключение о том, как функционируют белки и какова роль белкового окружения», - рассказала один соавторов, доцент, к.ф.-м.н. Анастасия Боченкова.