Фізики розробили "лінійку", яка може вимірювати внутрішньомолекулярні відстані з точністю до розміру атома.

Білки — це дуже великі молекули (макромолекули), що складаються з атомів вуглецю, водню, азоту та кисню, формуючи безліч амінокислот, пов'язаних між собою пептидними зв'язками. Іноді структура білка порушується, відбувається зміна їх форми, що може вплинути на функціонування цих макромолекул. Деякі структурні зміни білків можуть спровокувати розвиток ряду захворювань, наприклад, зміна структури тау-білка, що відповідає за правильну роботу нейронів, провокує хворобу Альцгеймера.

Щоб передбачити наближення структурних змін білків і зрозуміти процеси, відповідальні за ці зміни, важливо визначити точну відстань між атомами (і кластерами атомів) всередині цих макромолекул.

Команда німецьких фізиків на чолі зі Штеффеном Сахлом (Steffen Sahl) з Інституту багатопрофільних наук Макса Планка створила внутрішньомолекулярну «лінійку» MINFLUX, здатну вимірювати відстань всередині білків в діапазоні від 0,1 нанометра (ангстрем) до 10 нанометрів залежно від структури білка. Про це вчені розповіли в статті, опублікованій у журналі Science.

Для створення внутрішньомолекулярної «лінійки» Сахл і його колеги використовували флуоресценцію, тобто процес, який дозволяє молекулам світитися при поглинанні кванта світла. Фізики прикріпили дві невеликі флуоресцентні молекули (позначені фотоактивованими барвниками) до двох різних місць макромолекули, а потім освітлювали їх лазерним променем. Завдяки світлу, яке випромінювали світні молекули, дослідники змогли виміряти відстань між ними.

За допомогою цього методу виміряли внутрішньомолекулярну відстань для кількох білків. Найменша склала всього 0,1 нанометра — розмір одного атома. Флуоресцентна «лінійка» також давала результати до 10 нанометрів, що означає ширший діапазон вимірювань, ніж при використанні багатьох традиційних оптичних методів.

В одному з прикладів дослідники розглянули дві різні структури одного й того ж білка і виявили, що можуть їх розрізняти: ці структури знаходилися на різній відстані одна від одної — одного нанометра та чотирьох відповідно. В іншому експерименті вчені виміряли внутрішньомолекулярну відстань у раковій клітині.

На думку авторів дослідження, досягти такої точності вдалося завдяки використанню ряду останніх технологічних досягнень — більш досконалих мікроскопів і флуоресцентних молекул. Вони не мерехтять і не дають зайвого світіння, яке можна переплутати з якимось іншим ефектом.

У майбутньому німецькі фізики планують вдосконалити свій метод і спробують з'ясувати, для яких саме макромолекул флуоресцентна «лінійка» виявиться найбільш корисною.