Прочность водородной связи измерили напрямую

А.И. Курамшин

pic_2017_11_12-2.jpg

«Динамометр» для измерения силы водородных связей. Исследователи проверили свою методику на модельной системе «гость-хозяин» —циануровой кислоте, связанной с рецептором Гамильтона

Исследователи из Испании разработали универсальную методику, позволяющую механически разрушать комплексы «гость-хозяин» и напрямую мерить в них прочность водородных связей. Таким способом можно измерять силы величиной 0,1—1 пиконьютонов («Chemical Science», 2017, 8, 6037—6041; doi: 10.1039/c7sc03044d).

Методы измерения прочности межмолекулярных взаимодействий для равновесных систем давно известны и успешно применяются. Однако химическим процессам, характерным для живых систем, несвойственно состояние химического равновесия. Как же измерить прочность водородных связей в реальных условиях, максимально близким к тем, что существуют в клетке?

Один из авторов нового подхода — Борха Ибарра из Мадридского автономного университета — отмечает, что ранее уже пытались определить прочность водородной связи с помощью атомно-силового микроскопа. К сожалению, результаты экспериментов не позволили с уверенностью сказать, что речь идет о прочности водородных связей, образованных парой молекул (одним донором и одним акцептором водородной связи). Возможно, таким способом определили прочности связей в ассоциате с большим количеством молекул. Еще один недостаток ранее применявшихся методов: с их помощью не удавалось измерять абсолютное значение силы менее 10 пиконьютонов, хотя чувствительность была достаточно высокой: удавалось зафиксировать различие в прочности двух связей, составляющее менее чем 1 пиконьютон.

Ибарра и его коллега Эмилио Перес повысили разрешающую способность метода с помощью атомно-силового микроскопа. Они научились измерять общую прочность нескольких водородных связей, возникающих между двумя молекулами. Для такого измерения нужны молекула ДНК и оптический пинцет (то есть оптический инструмент, который позволяет манипулировать микроскопическими объектами, в том числе молекулами и атомами, с помощью лазерного света). Подход заключается в следующем: комплекс «гость-хозяин», в котором измеряют прочность водородной связи, связывают с концами двухнитевой молекулы ДНК (например, гостя с 5’-концом, а хозяина – с 3’-концом: это гарантирует, что мы проводим измерение лишь для одного комплекса «гость-хозяин»). С помощью оптического пинцета нити ДНК разводят в противоположном направлении. При этом 5’ и 3’-концы ДНК расходятся в разные стороны, комплекс «гость-хозяин» разрушается, а исследователи измеряют силу, необходимую для разрушения этого комплекса.

Предложенный подход испытали на модельной системе, состоящей из рецептора Гамильтона (рецептор, разработанный в качестве хозяина для связывания барбитуратов, см. «Journal of the American Chemical Society», 1988, 110, 4, 1318—1319, doi: 10.1021/ja00212a065), и его гостей — производных циануровой кислоты. Оказалось, что для разрыва всех водородных связей в комплексе «гость-хозяин» требуется 17 пиконьютонов. Замена одного из атомов водорода на метильную группу ожидаемо приводит к ослаблению водородной связи, ее прочность уменьшается на 1—2 пиконьютона.

Исследователи надеются расширить наши представления о водородных связях, измерив их прочность в большем количестве систем.

Разные разности
Женщина изобретающая
Пишут, что за последние 200 лет только 1,5% изобретений сделали женщины. Не удивительно. До конца XIX века во многих странах женщины вообще не имели права подавать заявки на патенты, поэтому частенько оформляли их на мужей. Сегодня сит...
Мужчина читающий
Откуда в голове изобретателя, ученого вдруг возникает идея, порой безумная — какое-нибудь невероятное устройство или процесс, которым нет аналогов в природе? Именно книги формируют воображение юных читателей, подбрасывают идеи, из которых выраст...
Пишут, что...
…археологи обнаружили на стоянке мамонтов Ла-Прель в округе Конверс бусину, сделанную из кости зайца, возраст которой составляет около 12 940 лет… …астрофизики впервые обнаружили молекулы воды на поверхности астероидов Ирис и Массалия… ...
Слезы как оружие
Женщины прекрасно знают, что стоит пустить в ход слезы, как еще секунду назад грозный, орущий и злобный мужчина вдруг обмякает, теряется и становится похожим на кроткую овечку. Откуда такая обезоруживающая сила женских слез? В чем здесь дело?