Новости | Могут ли нейтральные молекулы вести себя как заряженные? Команда из США бросает вызов традиционным представлениям биохимии

Новости | Могут ли нейтральные молекулы вести себя как заряженные? Команда из США бросает вызов традиционным представлениям биохимии

Исследование под руководством Университета Массачусетса в Амхерсте ставит под сомнение устоявшееся представление о полизвиттерах: хотя они считаются электрически нейтральными, в электрическом поле они движутся подобно заряженным частицам. Работа, опубликованная в Nature Communications, может помочь в изучении белков и углеводов, доставке лекарств и других биомедицинских применениях.

Исследование провели аспирантка кафедры полимерных наук и инженерии Йесыль Ли и старший автор работы Мурагаппан Мутукумар, профессор имени Уилмера Д. Барретта.

Нейтральные полимеры ведут себя как заряженные, опровергая стандартное предположение

Полизвиттеры состоят из цвиттерионных звеньев, содержащих как положительные, так и отрицательные группы, но в целом нейтральны, поэтому, согласно традиционным представлениям, не должны двигаться в электрическом поле. Электрофорез отдельных молекул показал, что:

PSBMA ведёт себя как отрицательно заряженное вещество

PMPC ведёт себя как положительно заряженное вещество

Иными словами, нейтральные молекулы, от которых ожидали отсутствия реакции, двигались в определённом направлении.

«Я изучаю поведение белков и аминокислот — строительных блоков биологических полимеров, — сказала Ли. — В переполненной клеточной среде крайне важно понимать, как молекулы перемещаются и взаимодействуют».

Почему нейтральные молекулы движутся? Ключ — в «скрытом заряде»

Команда выявила механизм:

Полизвиттер устроен подобно рёбрам: один заряженный конец выступает наружу, а другой расположен рядом с полимерным остовом. Исследование показало:

У PSBMA на «кончике» ребра находится отрицательный заряд

У PMPC на «кончике» находится положительный заряд

Другой заряд ослаблен и в значительной степени «скрыт» возле остова

Поэтому направление движения в электрическом поле определяет заряд на кончике.

Второй прорыв: электрические поля внутри клеток неоднородны

Учёные обычно предполагали, что электролит клеточной среды вокруг биомакромолекул имеет одинаковую диэлектрическую проницаемость, из-за чего каждый заряд ослабляется в равной степени. Однако исследование показало:

Локальная диэлектрическая проницаемость различается вокруг положительных и отрицательных зарядов

Вблизи полимерного остова диэлектрическая проницаемость существенно ниже

По мере удаления от остова и приближения к кончику она увеличивается

Это указывает на то, что микроскопические электрические поля внутри клеток сложнее, чем считалось ранее, а молекулярные взаимодействия нельзя описать одним универсальным правилом.

«Это помогает понять фундаментальную механику биохимии, — сказал Мутукумар. — Никто не знал, что диэлектрическая проницаемость меняется в зависимости от расстояния до полимерного остова. Мы наблюдали это явление и количественно оценили его последствия».

Новая основа для исследований белков и прецизионной медицины

Открытие того, что нейтральные молекулы могут вести себя как заряженные, даёт новый взгляд на сборку, перемещение и взаимодействие белков. По словам команды, оно может способствовать:

Раннему выявлению заболеваний

Прецизионной доставке лекарств

Анализу и идентификации белков и углеводов

Скринингу и разделению биомолекул

Исследование финансировали Национальный научный фонд США (NSF) и Управление научных исследований ВВС США (AFOSR).

Источник материала:

Собрано онлайн