Физики при помощи рентгеновского лазера рассмотрели в белке атомы

Международный коллектив физиков использовал мощнейший в мире рентгеновский лазер
из лаборатории SLAC чтобы изучить структуру сложнейших биологических молекул с атомным составом и представил в статье, которая опубликована в журнале Science, новейшую методику рентгеновской кристаллографии.

"У нас получилось визуализировать молекулу с достаточно высоким разрешением, что позволило нам лучше разглядеть отдельные атомы, а также конкретно определить их расположение в белковой цепочке. Плюс ко всему, строение просвеченного белка лизоцима совпадает с его химической моделью, невзирая на то, что во время "залпа" лазера образец был уничтожен. Это была первая экспериментальная демонстрация такого эффекта", - говорит Себастиан Буте руководитель состава ученых из ускорительной Национальной лаборатории SLAC города Менло Парк (Америка).

Буте со своими коллегами экспериментировали со сверхкороткими и сверхмощными импульсами рентгеновского лазера, стараясь улучшить метод рентгеновской кристаллографии, и сделать его наиболее пригодным для исследования органических молекул.

В феврале месяце 2011 года группа опубликовала в журнале Nature промежуточные результаты исследований. В опубликованной статье Буте со своими коллегами показал, что их методика помогает изучать пространственное строение крупных молекул и вирусных частиц белков, однако не с атомной точностью.

Исследователи отмечают, что пространственное строение биологических вирусов или молекул, как правило, исследуют путём рентгеновской кристаллографии. Данный метод подразумевает получение высококачественных кристаллов, которые одновременно способны разрушаться под воздействием излучения. Помимо этого, кристаллы, которые свободны от дефектов, как известно, не удается вырастить.

Чтобы от этих недостатков избавиться, ученые решили применить другой инструмент – сверхкороткие импульсы и чрезвычайно мощные рентгеновского излучения.

Чтобы зафиксировать эти импульсы авторы опуса создали специальную светочувствительную матрицу, которая способна ловить вспышки, длительность которых равна пяти фемтосекундам (одна фемтосекунда ровняется 10 в степени 16 секунды). Матрица стала базой для молекулярной камеры, ведь она способна просветить даже самые непрочные и неудобные молекулы белков.

Данная камера состоит из (LCLS) сверхмощного рентгеновского лазера, источника белковых кристаллов, специальной фокусирующей линзы и CSPAD матрицы. В процессе работы оборудования, сверхкороткий лазерный импульс продолжительностью в несколько фемтосекунд "пронизывает" образцы белковых молекул. Пучок, сталкиваясь с молекулой белка рентгеновского излучения, просто разрушает ее, однако при этом сохраняет сведения о ее структуре и всё переносит на матрицу молекулярной камеры.

Физики испытали работу собственного изобретения - при помощи него они просветили кристаллическую структура белка лизоцима, а также сравнили полученное изображение с известной структурой данного соединения. Исследования закончились удачно - ученые рассмотрели в составе белка отдельные атомы и его трехмерную форму молекулы.

По сравнению с другими методами кристаллографии, молекулярная камера физиков может фотографировать даже крайне маленькие кристаллы белков, это позволяет использовать ее для анализа нестабильных и микроскопических цепочек аминокислот и применять этот прием для фотографирования тонких клеточных мембран, а также других неизученных молекул.