Гемоглобину подыскали замену в качестве транспортного белка

Похоже, что сотрудникам Пенсильванского университета в Филадельфии впервые удалось создать искусственный белок, который способен переносить кислород. С помощью компьютерной модели они, сначала сугубо теоретически, разработали будущую аминокислотную последовательность, а затем и «сконструировали» ее (Design and Engineering).

Напомним, что в организме человека функцию переноса кислорода выполняет всем известный гемоглобин – плоская молекула гема с ионом железа в центре, вставленная, в свою очередь, в глобулярный белок «глобин». Особенность положения положительно заряженного иона железа в этой белковой «матрешке» в том, что он удерживается не за счет прочной валентной химической связи, а «подвешен» за счет магнитного взаимодействия с обогащенным отрицательным электричеством азотом боковой цепи аминокислоты гистидина. Естественно, по силе «притяжения» гистидин не может тягаться с таким мощным окислителем, как кислород.

Когда кислорода в легких много, его молекула связывается с железом, вытягивая его из плоскости гема. Затем кислород отдается клеткам, и гистидин втягивает железо обратно. На место кислорода приходит молекула углекислого газа (СО2), и игра в перетягивание каната начинается снова. Опасность угарного газа СО в том, что он связывается с железом в геме значительно прочнее, нежели кислород, в результате чего нервные клетки мозга не получают живительного газа, дарующего жизнь. Недаром гемоглобин называют еще транспортным белком.

Помимо железа в геме может быть медь – кровь тогда имеет аристократический голубой цвет, как у некоторых морских организмов. Гем есть и в хлорофилле, но там вместо железа – магний, поэтому растения зеленые.

Кажущаяся простота молекулярного «девайса» давно волнует умы ученых, которых занимает проблема нехватки крови и ее безопасности. Именно эту проблему и может помочь решить искусственный белок, созданный исследователями из Пенсильванского университета.

Прежде всего необходимо было подобрать аминокислоты, цепочка которых образует так называемую альфа-спираль. Их понадобилось всего лишь три – лейцин, глютамат, или глютаминовая аминокислота, и лизин (сокращенно Leu, Glu, Lis – LGK). Их комбинация в конечном итоге позволила создать конструкцию, которая – как в «настоящем» гемоглобине – удерживает гем. «Правильное» положение гема было подтверждено с помощью ядерно-магнитного резонанса и рентгеноструктурного анализа.

Скорость и прочность связывания, а также время «обмена» кислорода на углекислый газ соответствуют натуральным гемоглобинам, в том числе и человеческому. При этом кислород связывается прочнее, нежели углекислый газ. А вот угарный, СО, связывается с гемом искусственного белка в восемь раз дольше, нежели кислород (400 и 50 миллисекунд соответственно), что опять же соответствует тому, что имеет место в природе.

Ученые самокритично признают, что пока о применении их молекулярного дизайна в практических целях говорить рано. Дело в том, что искусственный белок «разгружается» от кислорода почти также быстро, как гемоглобин человека, а вот его загрузка идет в 100 раз медленнее – также медленно, как в гемоглобине… аскариды! Но паразиту что, он живет в идеальной нише, в которой тепло и сытно. Человеку же, тем более пострадавшему от кровопотери в результате травмы или операции, подобный формат перезагрузки искусственного гемоглобина никак не подходит.

Дело в том, что в естественном транспортном белке имеется большой гидрофобный – отталкивающий воду – карман, образованный протеиновыми структурами. Карман нужен как раз для ускорения связывания кислорода в легких. Дизайн-протеин в силу своих маленьких размеров ничем подобным похвастаться не может. Вполне возможно, что какой-то суперкомпьютер и справился бы с задачей проведения всех сложных расчетов, но соединить это все на молекулярном «макете» пока не представляется возможным. Не будем забывать, что природа потратила не менее миллиарда лет на создание гемоглобинов.

Источник: www.ng.ru

Ещё в разделе

Ученые из США разработали безопасный метод получения стволовых клеток

Ученые из США разработали безопасный метод получения стволовых клеток

Американские ученые разработали новый метод получения стволовых клеток из взрослых клеток человеческого организма без использования потенциально опасных вирусов и белков

Биоконструктор Крейга Вентера

Биоконструктор Крейга Вентера

В ближайшие несколько месяцев биологи обещают создать синтетическую бактерию

Земные микроорганизмы увеличили вероятность обнаружения жизни на Марсе

Земные микроорганизмы увеличили вероятность обнаружения жизни на Марсе

Ученые предложили искать следы существования жизни на Марсе опосредованно.

В Андах нашли микроорганизмы возрастом несколько миллиардов лет

В Андах нашли микроорганизмы возрастом несколько миллиардов лет

Аргентинские ученые обнаружили в соленых озерах в Андах микроорганизмы возрастом несколько миллиардов лет

Могут ли биологические молекулы образовываться в космосе?

Могут ли биологические молекулы образовываться в космосе?

Зародилась ли жизнь на Земле или первые органические молекулы попали на нашу планету из космоса?

Ученые вплотную подошли к разгадке тайны смерти человека

Ученые вплотную подошли к разгадке тайны смерти человека

Биологи шаг за шагом раскрывают тайну жизни и смерти на уровне клетки.

Ученые объяснили механизм свертывания крови

Ученые объяснили механизм свертывания крови

Группа ученых из Гарвардского университета, объяснили молекулярный механизм, ответственный за свертывание крови.

Найдена молекула, способствующая развитию творческого мышления

Найдена молекула, способствующая развитию творческого мышления

Биологическая молекула н-ацетил-аспартат, вырабатываемая клетками головного мозга, способствует развитию творческого мышления у людей с высоким уровнем интеллекта. А обладателям IQ ниже 120 высокие концентрации этого соединения, напротив, мешают проявлять

Ученые нашли в организме человека белок, который замедляет старение

Ученые нашли в организме человека белок, который замедляет старение

Ученые из Института исследования возраста (США) заявили, что им удалось обнаружить в организме человека белок, который замедляет процесс старения. В результате исследования выяснилось, что белок HIF-1 помогает клеткам выживать в том случае, если уровень

Изысканный вкус красной панды

Изысканный вкус красной панды

Согласно исследованию журнала «Наследственность» (Heredity), из всех плотоядных животных только красная панда вместо естественных сахаридов предпочитает аспартам, неотам и сукралозу

Новое исследование позволит разработать лекарство от опасной геморрагической лихорадки

Новое исследование позволит разработать лекарство от опасной геморрагической лихорадки

Открытие сотрудников Университета Южной Калифорнии (USC) может привести к созданию вакцины для лечения и профилактики геморрагической лихорадки, которую разносят клещи.

Нематоды стали источником нового класса антибиотиков

Нематоды стали источником нового класса антибиотиков

Международная группа ученых, в состав которой вошли представители из Америки и Франции, объявила о создании нового класса антибиотиков с названием «одилорабдины». Благодаря проведенным испытаниям на мышах удалось подтвердить эффективность лекарства против разных типов бактериальных организмов – грамположительных и грамотрицательных.

У птиц свой, уникальный «компас»

У птиц свой, уникальный «компас»

Как известно, птицы ориентируются по магнитному полю планеты, что в свою очередь помогает им в дальних перелетах. Длительное время было принято считать, что в данном случае большую роль играет наличие большого количества соединений железа, содержащегося в клетках у основания клюва. Но уже в последние годы находится все больше доказательств того, что дело совсем не этом, а в уникальном типе белков, которые вырабатываются в клетках некоторых тканей глаза.

Неужели половые клетки еще полностью не изучены?

Неужели половые клетки еще полностью не изучены?

Группа американо-шведских ученых обнаружила новые структуры спиралевидной формы в составе микротрубочек, входящих в состав жгутика сперматозоида. Ранее неизвестные структуры получили название TAILS. Исследователям пока что неизвестно в чем предназначение вышеупомянутых структур, но есть предположение, что именно они помогают контролировать направление движения сперматозоида.

В организме брюхоногих нашли анальгетик

В организме брюхоногих нашли анальгетик

Американские исследователи из Университета Юты выяснили, что в организме морских улиток содержится соединение Rg1A. Данное соединение может заменить опиоиды в качестве обезболивающего средства. Более того, эксперименты, которые были проведены на грызунах показали, что эффект сохраняется на протяжении трех суток.

В желудке могут образоваться психоактивные вещества

В желудке могут образоваться психоактивные вещества

Американские ученые обнаружили, что каннабидиол (КБД), который не обладает психоактивными качествами, в случае употребления способен превращаться в тетрагидроканнабинол. Это дает четкие объяснения, почему у детей, принимавших КБД для лечения эпилепсии, наблюдались побочные эффекты.

Иммунная система может не только помогать организму

Иммунная система может не только помогать организму

Команда ученых из Ноттингемского университета выяснила, что тяжелые грибковые инфекции, которые спровоцированы плесенью Aspergillus terreus, могут использовать клетки человеческой иммунной системы для распространения по организму, что в конечном итоге становится причиной системного заболевания.

Теперь загар будут получать при помощи половых гормонов

Теперь загар будут получать при помощи половых гормонов

Последнее исследование ученых показало, что пигментация кожи регулируется при посредстве эстрогена и прогестерона, которые являются важнейшими женскими половыми гормонами.

Как акулы видят друг друга

Как акулы видят друг друга

Ученые решили узнать, как акулы видят друг друга, но чтобы достигнуть своей цели, им пришлось сконструировать специальную видеокамеру, которая способна показывать мир глазами вышеупомянутых хищников.

Грудное молоко – зачем оно ребенку

Грудное молоко – зачем оно ребенку

Ученые из Цюрихского института физиологии опубликовали доклад о том, что по их мнению грудное молоко человека может быть самым сложным по своему составу среди всех млекопитающих. Результаты эксперимента показали, что оно содержит более 200 разных сахаров, а это в свою очередь, значительно превышает их количество в молоке коров.

Оценка:

zosen-denis 11.01.2010 15:34

Вот бы заменить в гемоглобине железо на медь или магний...