На функциональность протеинов влияет плотность внутриклеточного пространства

Среднестатистическая клетка нашего организма представляет собой упакованный контейнер, заполненный в основном протеинами, которые участвуют практически в каждом биохимическом процессе, проходящем в клетке.

Учёные из Института физико-химических исследований RIKEN (Япония) создали метод, позволяющий понять, каким образом плотность внутриклеточного пространства влияет на функциональность протеинов.

Клетки — довольно плотная среда, а изучение функций того или иного белка в условиях экстремально ограниченного пространства — та ещё задача, так что обычно учёные исследуют поведение протеинов в разбавленных растворах, пренебрегая возможными несоответствиями. Именно поэтому авторы работы взялись за построение наиболее реалистичной модели поведения протеинов, проведя молекулярно-динамическую симуляцию на атомном уровне в плотно упакованной среде.

Вначале всё их внимание было обращено к тонкому слою воды, разделяющему два соседних белка. Оказалось, что его свойства отличаются от воды, находящейся в большом объёме, и могут серьёзно влиять на поведение протеинов. Для оценки величины такого воздействия на функции белков было смоделировано поведение двух простых маленьких протеинов, каждый из которых был частью природного протеина.

Выяснилось следующее. Теснота снижает скорость диффузии протеинов сквозь внутриклеточную среду (что, впрочем, очевидно), а это замедляет всю белковую динамику. Пожалуй, самым интересным наблюдением стало уменьшение диэлектрического отклика воды в плотноупакованном пространстве. Диэлектрический отклик определяется тем, каким образом вода запасает электрический заряд, а его уменьшение напрямую влияет на конформации протеинов и их стабильность в таких условиях. В частности, уменьшение диэлектрической константы способствует лучшему взаимодействию между положительно и отрицательно заряженными точками в структуре протеина, что помогает упрочнению трёхмерной вторичной структуры белка. Наблюдаемый эффект растёт линейно относительно тесноты пространства, занятого другими белками.

О подробностях исследования можно справиться в Journal of the American Chemical Society.

И это только начало. Впереди одновременное рассмотрение поведения нескольких белков, симулирование клеточной среды и, конечно, переход к настоящим «большим» протеинам.

Подготовлено по материалам RIKEN Research.