Протеиномания: действительно ли нашему организму необходимо столько белков
- Джессика Браун
- BBC Future
Многие из нас сознательно выбирают диету, богатую белками, а магазины с радостью предлагают продукты с высоким их содержанием. Сколько белков нам на самом деле нужно? И помогают ли они избавиться от лишнего веса?
Автор фото, Getty Images
В начале ХХ века исследователь Арктики Уильялмур Стефанссон в течение пяти лет ел только мясо. Соответственно, его рацион состоял примерно на 80% из жиров и на 20% из белков.
Двадцать лет спустя, в 1928 году, он повторил эксперимент под наблюдением специалистов из госпиталя Беллевю в Нью-Йорке, но ограничился одним годом.
Стефанссон хотел опровергнуть мнение, что человек не выживет на одном только мясе. Но, к несчастью, в обоих экспериментах ему быстро становилось плохо, если он некоторое время потреблял только нежирное мясо.
У него наблюдалось «белковое отравление», которое также прозвали «голоданием на крольчатине». Симптомы исчезали, когда он менял рацион: начинал есть меньше белков и больше жиров.
Для просмотра этого контента вам надо включить JavaScript или использовать другой браузер
Підпис до відео,Супер-еда для волос и ногтей
После этих экспериментов, живя в Нью-Йорке и потребляя типичный американский рацион со средним содержанием белков, Стефанссон начал жаловаться на ухудшение здоровья.
Он вернулся к своей диете — с ограничением углеводов и высоким содержанием жиров и белков — и прожил на ней до 83 лет.
Его первые эксперименты — одни из немногих формальных научных доказательств того, что высокобелковая диета может быть очень вредной.
Несмотря на большую популярность протеиновых пищевых добавок, многие из нас до сих пор не уверены, сколько белков нам нужно, как их лучше потреблять и чем грозит их дефицит или избыток в организме.
Хотя за последние двадцать лет уровень ожирения среди британцев вырос вдвое, многие, наоборот, выбирают сознательный подход к питанию. Мы заменяем белый хлеб черным и цельнозерновым, а обычное молоко — обезжиренным.
Центральную роль в моде на здоровый образ жизни играют белки; полки супермаркетов пестрят протеиновыми батончиками, протеиновыми шариками и повседневными продуктами, обогащенными белками, от зерновых хлопьев до супов.
В 2016 году объем глобального рынка протеиновых пищевых добавок составлял примерно 12,4 млрд долларов. Очевидно, нас убедили, что чем больше белков — тем лучше.
Автор фото, Getty Images
Підпис до фото,Производители протеиновых добавок советуют выпивать после тренировки протеиновый коктейль, чтобы мышечные ткани восстанавливались и росли
Впрочем, некоторые эксперты сейчас заявляют, что покупать продукты с повышенным содержанием белков (по не менее повышенной цене) — это выбрасывать деньги на ветер.
Белки необходимы для роста и восстановления клеток тела. Белковая пища, такая как мясо, рыба, яйца, молочные продукты и бобовые, в желудке расщепляется на аминокислоты и поглощается тонким кишечником; потом печень решает, какие из аминокислот нужные организму. Остальные вымываются с мочой.
Взрослым, чей образ жизни не особо активен, советуют ежедневно потреблять примерно 0,75 г белков на килограмм массы тела. В среднем, это 55 г для мужчин и 45 г для женщин. Их можно получить из двух порций (размером в ладонь) таких продуктов как мясо, рыба, тофу, орехи или бобовые.
Если белков недостаточно, у человека могут выпадать волосы, появляться сыпь на коже или снижаться вес из-за потери мышечной массы. Но такие побочные эффекты встречаются очень редко, в основном у тех, кто страдает от пищевых расстройств.
Большинство из нас ассоциирует белки с развитием мышц. Так и есть. Силовые упражнения приводят к расщеплению белков в мышцах. Чтобы мышцы крепли, белки должны возобновляться.
Особенно большую роль в запуске процессов синтеза белков играет аминокислота под названием лейцин.
Некоторые специалисты даже считают, что, если не поесть после тренировки белковой пищи или добавок, мышцы будут разрушаться или плохо возобновляться, то есть не вырастут. Производители добавок советуют выпивать после тренировки протеиновый коктейль — обычно на основе богатого лейцином сывороточного белка, побочного продукта производства сыра.
Автор фото, Getty Images
Підпис до фото,Многие потребляют продукты спортивного питания, например, протеиновые батончики и коктейли
Потребители преимущественно соглашаются. Согласно отчету, опубликованному в 2017 году исследовательской компанией Mintel, 27% британцев потребляют продукты спортивного питания, такие как протеиновые батончики и коктейли. Эта цифра возрастает до 39% среди тех, кто тренируется чаще одного раза в неделю.
Но более половины (63%) из тех, кто потребляет упомянутые продукты, не могут точно сказать, есть ли от них польза.
Исследование того, насколько протеиновые добавки помогают нарастить мышцы, показывают неоднозначные результаты.
В частности, в 2014 году ученые проанализировали 36 научных статей на эту тему и пришли к выводу: протеиновые добавки не влияют на нежировую массу тела и силу мышц в течение первых нескольких недель силовых тренировок у людей, которые ранее не занимались спортом.
Со временем, когда тренировки становятся интенсивнее, добавки действительно могут способствовать наращиванию мышц. Однако авторы также отмечают, что эти изменения не исследовались в долгосрочной перспективе.
Другое исследование за 2012 год говорит, что протеин «улучшает результативность тренировок, способствует восстановлению и увеличивает нежировых массу тела», но добавляет: для лучших результатов, белки следует потреблять вместе с быстрыми углеводами.
И если спортсменам и посетителям тренажерных залов полезно быстрое «вливание» белков в организм сразу после тренировки, это не значит, что обязательно употреблять добавки и коктейли.
Большинство людей уже и так получают большую часть рекомендованного дневного количества белков из обычной пищи, говорит Кевин Типтон, преподаватель физической культуры из Университета Стерлинга.
«В добавках нет необходимости. Это удобный способ получить протеин, но в них нет ничего такого, чего не получишь из обычной еды. Протеиновые батончики — это обычные сладкие батончики с несколько большим содержанием белков».
Автор фото, Getty Images
Підпис до фото,В 2016 году объем всемирного рынка протеиновых пищевых добавок составлял 12,4 долларов
Типтон добавляет, что даже для культуристов сывороточный белок и другие подобные вещества не столь важны, как это нам подают. «Внимание слишком смещено на то, какие добавки употреблять, но на самом деле важнее идти в зал и работать. Важное значение имеют также другие переменные, такие как сон, диета и уровень стресса», — говорит он.
Большинство экспертов согласны с Типтоном: белки лучше получать из пищи, а не из добавок.
Но есть определенные исключения — в частности, спортсмены, которым трудно достигать ежедневной цели в потреблении белков, отмечает Грэм Клоуз, профессор физиологии Ливерпульского университета имени Джона Мурса.
«По моему мнению, потребности большинства из них превышают рекомендованную дневную норму, и этому есть доказательства», — говорит он. В таком случае, коктейль может быть полезным.
Какой еще демографической группе не помешают дополнительные белки? Пожилым людям. Потому что с возрастом мы нуждаемся в большем количестве белков для поддержания той же мышечной массы. В то же время пожилые люди склонны потреблять меньше белков, потому что их вкусы часто меняются в сторону расположения к сладкому.
Автор фото, Unsplash
Підпис до фото,Большинство людей получает больше рекомендованного дневного количества белка из своего обычного рациона
Эмма Стивенсон, профессор физической культуры с Ньюкаслского университета, пытается договориться с производителями продуктов питания о повышении содержания белков в изделиях, которые часто покупают пожилые люди, например, в печеньи.
«С возрастом нам нужно особенно тщательно сохранять свою мышечную массу, ведь мы становимся слабыми и менее активными», — говорит она.
Клоуз утверждает, что пожилые люди должны повысить потребление белков до 1,2 г на килограмм массы тела.
К счастью, употребить слишком много белков очень сложно. Хотя верхний лимит существует, его «практически невозможно» достичь, считает Типтон. «Некоторые диетологи обеспокоены, что высокобелковая диета может навредить почкам и костям, но доказательств тому очень мало, если речь идет о вполне здоровых людях.
Возможно, проблемы и возникнут, если человек с больными почками будет есть большое количество белков; но любые плохие последствия очень маловероятны».
Впрочем, хотя белки сами по себе не вредны, белковые добавки часто содержат значительное количество углеводов из группы FODMAP, а те в свою очередь вызывают расстройства пищеварения: вздутие живота, метеоризм, боль в желудке.
Стивенсон советует внимательно читать информацию на этикетках пищевых добавок, батончиков и шариков.
«Часто они очень калорийны и содержат огромное количество углеводов, нередко в форме сахара. Не следует думать, что «высокое содержание протеина» автоматически означает здоровую пищу», — говорит она.
Похудение
Белки давно связывают с похудением; высокобелковые и низкоуглеводные диеты (например, палеодиета или диета Аткинса) обещают продлить ощущение сытости.
Людям часто не удается похудеть, потому что они чувствуют голод и едят. Как показали исследования с использованием МРТ, высокобелковый завтрак способствует уменьшению аппетита в течение дня.
Есть достаточно доказательств того, что белки хорошо утоляют голод, говорит Александра Джонстоун с Абердинского университета. Если вы пытаетесь похудеть, то важнее есть высокобелковые завтраки, такие как тост с фасолью или молочный коктейль, чем принимать добавки.
Но она не защищает диеты Аткинса и обнаружила в своем исследовании, что исключение из рациона углеводов негативно сказывается на здоровье кишечника (а мы знаем, что здоровый кишечник критически важен для многих аспектов нашего здоровья и благополучия).
Автор фото, Getty Images
Підпис до фото,Протеиновые шарики часто высококалорийны и содержат огромное количество углеводов
Зато Александра Джонстоун рекомендует людям с избыточным весом поддерживать рацион, богатый белками и умеренно богатый углеводами: 30% белков, 40% углеводов и 30% жиров.
Для сравнения, людям без лишнего веса рекомендуют потреблять в среднем 15% белков, 55% углеводов и 30% жиров.
Конечно же, вы не похудеете, если только увеличите потребление белков. Важный ключ к успеху — есть курятину, другое нежирное мясо или рыбу. Исследования также показывают, что потребление большого количества животных белков способствует набору веса, а красное мясо повышает риск рака и сердечных заболеваний.
Однако существуют полезные белки не мясного происхождения, например, микопротеин — растительный белок, который получают из грибов. На его основе в Британии выпустили заменитель мяса под маркой Quorn — в нем много не только белков, но и клетчатки.
Сейчас исследователи изучают, как эта уникальная комбинация белков и клетчатки влияет на ощущение сытости и уровень инсулина, связанный с диабетом второго типа.
Одна исследовательская группа сравнила микопротеиновую диету с диетой на основе курятины и установила: у тех, кто ел Quorn, контроль над сахаром был такой же, но при этом от поджелудочной железы требовалось производить меньше инсулина.
Риск употребить избыточное количество белков небольшой, но существенный риск — обольщаться продуктами с завышенной ценой, которые предлагают нам больше белков, чем нам нужно.
«Некоторые продукты, обозначенные как «высокобелковые», на самом деле таковыми не являются, а стоят они довольно дорого.
Как бы там ни было, потреблять больше белков, чем вам нужно, — это расточительство. Это все равно, что спускать деньги в унитаз», — говорит Джонстоун.
Прочитать оригинал этой статьи на английском языке вы можете на сайте BBC Future.
Сдать анализ на протеин S свободный
Метод определения Автоматический анализатор параметров свёртывающей системы ACL TOP, метод – иммунотурбидиметрия.
Исследуемый материал Плазма (цитрат)
Доступен выезд на дом
Онлайн-регистрацияСинонимы: Свободный протеин S; ПрS.
Protein S, Free; Free protein S; fPS. Естественный антикоагулянт, кофактор протеина С.
Краткая характеристика определяемого вещества Протеин S свободный
Протеин S – кофактор протеина C (см. тест № 1263 Протеин C), усиливающий его антикоагулянтное и профибринолотическое действие.
Дефицит свободного протеина S может быть врождённым или приобретённым. Врождённый дефицит типа I – классический – подразумевает снижение уровня общего и свободного протеина S и снижение функциональной активности; тип II характеризуется снижением функциональной активности при нормальном уровне общего и свободного протеина S; тип III отражает селективное снижение уровня свободной формы протеина S.
Подобно другим видам тромбофилий, гетерозиготный вариант дефицита протеина S манифестирует во взрослом возрасте в виде тромбоэмболий. Гомозиготные варианты и сочетания с другими тромбофилиями обычно проявляются в период новорождённости в виде фульминантной пурпуры.
Приобретённый дефицит можно наблюдать во время беременности, на фоне приёма оральных антикоагулянтов, при использовании оральных контрацептивов, у пациентов с патологией печени, у новорождённых, и при других клинических условиях.
С какой целью определяют уровень свободного протеина S в крови
Что может оказать влияние на результат теста «Протеин S свободный»
Снижение уровня свободного протеина S может быть связано с острофазным воспалительным ответом (повышение уровня C4-BP приводит к повышению связывания протеина S и уменьшению уровня его свободной формы). Предпочтительно не проводить исследование во время острых тромботических эпизодов (хотя нормальный уровень протеина S в этих условиях позволяет исключить дефицит протеина S).
Литература
Основная литература
- Khan S.
- Tietz Textbook of Clinical Chemistry and Molecular Diagnostics. 4 ed. Ed. Burtis C.A., Ashwood E.R., Bruns D.E. Elsevier. New Delhi.2006, (p.2412).
- Методические материалы фирмы-производителя реагентов.
Спортивное питание Twinlab 100% Whey Protein Fuel — «Отличный протеин + ФОТО кошмарного результата превращения девушки в мужика! »
Всем добрый день! Сегодня хочу поделиться отзывом на данный прот.
Тренируюсь я в зале, уже несколько лет, но откровенно говоря, довольно долгое время я занималась бесцельно, без результатов…в итоге прогресса не было, мышц особо не было, процент жира не уменьшался и ходила я вообще непонятно зачем…
В итоге прошлой осенью я психанула и решила, что пора что-то делать) купила жиротоп и за пару месяцев скинула около 10 кг, при этом, посадив свою цнс.
Ушел за тот период не только жир, но и мясо, поэтому в один прекрасный день, посмотрев на себя в зеркало, я поняла, что выгляжу как загнанная лошадь с синяками под глазами и решила, что нужно что-то менять…
Все началось с банального подсчета кбжу… В принципе, подсчет давался мне легко, но вот дневного каллоража не хватало и пр белку тоже отставала неплохо, решено было приобрести прот, чтобы хоть какое-то мясо нарастало…
Итак… На данный момент я выгляжу так
с момента отмены жиротопа вес не увеличился, поэтому, несмотря на побочные эффекты, я его все-т рекомендую…Сразу хочу отметить, что протеин я пью не каждый день, а только в дни тренировок, или в дни, когда по белку вообще ноли…, то есть это раза 4 в неделю. мешаю с молоком, так вкус мягче и приятнее… В одну порцию кидаю 2 скупа, в итоге грамм 50 белка из порта.
Прогресс на тренировках однозначно пошел в гору! В отличие от того, как я занималась раньше я полностью исключила из тренировочной программы кардио(вместо этого я гуляю и катаюсь на велосипеде), но увеличила веса в силовых тренировках, и убрала упражнения на локальные группы мышц, оставив только базу-жим, присед, тяга)))и на руки- жим,тяга))) ну и конечно, на каждой тренировке я делаю пресс.
За полгода приема протеина, как я уже говорила выше- вес не увеличился, но мышцы стали более рельефные, вырос объем бедер и рук(примерно по см), стали более скульптурные плечи… Так что, хоть вес и стоит, тело и фигура меняется…
Данный прот рекомендую, однозначно! И не бойтесь заниматься с большими весами, в мужика не превратилась, однозначно😁 я- как яркий пример😊
В поисках протеина — Журнал «Новое сельское хозяйство»
Человек и современное интенсивное животноводство нуждаются в большом количестве белков растительного и животного происхождения. Практика дает разные ответы на вызовы времени.
О традиционных и нетрадиционных источниках протеина шла речь в ходе Международного форума «ПротеинТек-2018» и «ПроПротеин-2018», проведение которого организовало в конце сентября в Москве ООО «Центр новых технологий». И если в первой части форума рассматривались тренды и технологии в производстве и использовании растительных и микробных протеинов, а также глубокой переработки высокобелковых культур, то во второй части обсуждались общие тенденции в производстве и применении животных и синтетических протеинов.
В работе форума приняли участие более 120 представителей отрасли, среди которых были производители, импортеры и переработчики различных видов продукции, содержащей растительные и животные протеины.
Мировой тренд
Рост применения растительных и микробных протеинов для питания – это «бурный мировой тренд». Так охарактеризовал глобальные тенденции председатель оргкомитета форума президент Российской Биотопливной ассоциации Алексей Аблаев. И это неудивительно – уже сегодня мировой рынок протеинов оценивается экспертами на сумму свыше 1 трлн долл. США. Это касается как белковой пищи для людей, так и кормов для животных.
Если говорить о питании человека, то фундаментальный сдвиг в нем состоит в расширении «репертуара» здорового питания, в силу чего протеины продолжают стимулировать инновации в ключевых его категориях.
Так, в силу развития в обществе веганского, вегетарианского и флекситарианского движений мировой рынок заменителей мяса к 2020 г. достигнет 5,2 млрд долл. Его годовой рост уже составляет впечатляющие 8,4%. Кроме того, по оценке экспертов, одним из пяти мегатрендов, которые будут влиять на будущее инноваций в пищевой промышленности, является уменьшение потребления мяса. Но это пока прогнозы на будущее.
А пока рынок кормовых протеинов специалисты оценивают в 40 млн тонн, или в 125 млрд долл. К 2024 г. он вырастет до 200 млрд долл. Сегодня основным источником белка для кормления животных являются растения, из которых на соевый и рапсовый шрот приходится 40% от массы растительного белка, пшеница и ячмень добавляют к нему еще 22%.
Вместе с тем многие эксперты в качестве перспективных рассматривают нетрадиционные технологии получения белка.
Будущее и за насекомыми
Как не удивительно, но одним из значимых источником протеина эксперты рассматривают насекомых. Размеры его производства в мире, конечно, не позволяют еще покрывать весь дефицит в кормовом белке в объеме 30 млн т, но в 2017 г. было получено уже 1,1 млн т такой продукции. А к 2022 г. прогнозируется ее рост до 1,6 млн т. Ну, а если заглянуть в 2050 г., то тогда доля белка промышленно культивируемых насекомых может составить свыше 15% от общего объема производимого в мире белка.
Сегодня для промышленного производства протеина используют мучных червей, личинок отряда двукрылых, а также сверчков, кузнечиков, тараканов. Больше всего «экзотического» белка получают из личинок мух – 52,6%, на мучных червей приходится 33,7%, а на другие виды насекомых – лишь 14%. В силу особенностей производства белка из насекомых больше всего его используется в аквакультуре (63,4%) и уже понемногу потребляется в свиноводстве и птицеводстве.
Основное производство белка из насекомых сосредоточено в Южно-Африканской Республике, США, Канаде, ряде стран Европы. А вот по объемам продаж данного вида корма лидируют Североамериканский континент и Европа, где в 2017 г. его было продано соответственно 144,5 и 142,1 тыс. т. Причем за шесть лет этот показатель увеличился в семь раз. Общая выручка от продаж белка из насекомых в мире достигла 1,1 млрд долл.
Мировым лидером по производству белковой кормовой добавки и жира из насекомых является компания AgriProtein из Южно-Африканской Республики, созданная в 2008 г. В 2017 г. она продала 325,8 тыс. т кормового белка на сумму 632 млн долл. Объемы производства и продаж других компаний гораздо скромнее.
В России производство кормовых добавок из насекомых только начинает свое развитие, но уже получены первые партии готовой продукции, которая используется при кормлении рыбы и свиней.
Чаще всего в качестве источника белка компании используют личинку мухи черная львинка.
И снова гаприн
Перспективным источником белка гости форума называли также микробный кормовой протеин, получаемый из природного газа и других углеводородов. В СССР было широко развито технологическое производство микробного белка паприна и гаприна. Но в начале 90-х годов его выпуск был остановлен.
Сегодня в стадии реализации за рубежом и в России находится ряд промышленных проектов по производству микробного протеина из метана – гаприна. В США компания FeedKind планирует в 2018 г. запустить завод мощностью 20 тыс. т протеина из природного газа, а в России компания Protelux запустила в Ленинградской области комбинат по выпуску биопротеина. Так что богатый советский опыт пригодился всем. И, как полагают эксперты, это только начало.
Российские проблемы
В нашей стране развитие животноводства отражает общемировые тенденции.
В 2017 г. в России было произведено свыше 10 млн т мяса при уже перенасыщенном рынке свинины и мяса птицы. Этот год стал переломным – он обозначил момент, когда закончилась борьба за рынок между российскими производителями и началась конкуренция затрат. Теперь в выигрыше будет тот, у кого более эффективное производство, качественные и вместе с тем дешевые корма. Но как добиться качества, если сегодня дефицит отечественного животноводства в протеине оценивается в 1 млн тонн?
Проблема нехватки белков в кормах решается за счет использования в комбикормах белковых добавок. Основными из них являются рыбная и мясокостная мука, соевый концентрат, концентрат подсолнечника, шрот подсолнечника, жмых соевый и рапсовый, а также дрожжевой микробиологический белок. О состоянии этого рынка говорил еще один ключевой докладчик форума – Роман Титов из компании Delta Capital. Он отметил, что к 2020 г.
потребление белковых добавок в мире составит 220 млн т и, таким образом, по сравнению с 2010 г. должно увеличиться на 22,2 %. В России же за прошедшие 5 лет спрос на них вырос на 47,6% и в 2017 г. составил 6,2 млн т, из которых на неконцентрированные добавки приходилось 5,5 млн т, а на белковые концентраты – 0,71 млн т.
Применение белковых добавок повысило конверсию кормов в животноводстве России: за последние 15 лет затраты корма на получение одного килограмма мяса снизились с 6,2 до 3,7 кг. Но по сравнению со странами ЕС здесь имеются большие резервы: например, в 2015 г. доля концентрированных белковых добавок в кормах в ЕС составила 15%, тогда как в России – только 2,3 %, и лишь к 2025 г. она увеличится до 4,4%. А ведь концентрированные белковые добавки рассматриваются как наиболее перспективный сегмент рынка. Расчеты компании Delta Capital показали, что с учетом ограниченных возможностей производства рыбной муки, кормового белка и белковых концентратов к 2020 г.
можно прогнозировать в России дефицит концентрированных добавок в объеме 200 – 300 тыс. т. В качестве перспективных источников белка, как и в других странах, рассматриваются растительный белок (люпин, рапс, люцерна, подсолнечник), использование пищевых отходов и отходов сельскохозяйственного производства и уже упомянутые белок насекомых и гаприн.
«Мясо из пробирки»
Не вдаваясь в детали работы форума, можно сказать, что за два дня его участники и гости смогли получить достаточно полное представление о «мире протеинов» и его ближайших перспективах. Свою работу форум завершил на весьма оптимистичной ноте: мол, в будущем человечество откажется от убоя домашних животных и перейдет к производству искусственного мяса, которое пока еще называют «мясом из пробирки». Вместе с тем нидерландские ученые уже сегодня прогнозируют, что через 25 лет натуральное мясо будет облагаться значимым экологическим налогом, а через 50 лет «выращивание скота на мясо в развитых странах запретят совсем».
Если это так, то и российскому АПК надо видеть общемировые тренды и быть готовым к кардинальным изменениям в отрасли. Ведь 50 лет пройдут быстро…
Белок в организме: функции, норма, продукты, признаки дефицита :: Здоровье :: РБК Стиль
Материал проверила и прокомментировала Горбачёва Наталья Леонидовна, диабетолог, диетолог, эндокринолог, ведущий специалист сети клиник «Семейная»
Что такое белок
Белки — главный строительный материал организма. Он участвует в создании мышц, сухожилий, органов и кожи, а также нужен для производства ферментов, гормонов, нейромедиаторов и различных молекул, которые выполняют множество важных функций. Белки состоят из более мелких молекул, аминокислот, которые соединяются вместе, как бусы на нитке. Эти связанные аминокислоты образуют длинные белковые цепи, которые затем складываются в сложные формы.
Некоторые аминокислоты организм производит самостоятельно, другие можно восполнить только с помощью еды.
Функции белка в организме
Рост мышц и повышение выносливости
Организму необходим протеин, ведь мышцы в основном состоят из белка. Как и большинство тканей тела, мышцы динамично разрушаются и восстанавливаются, поэтому им необходим строительный материал для роста. Чтобы мышечная масса увеличивалась, в организме должен быть положительный белковый баланс. Его также называют азотным, из-за высокого содержания этого элемента в протеине. Употребление белка помогает не только нарастить мышцы при занятиях спортом, но и предотвратить их потерю, если вы придерживаетесь строгих диет [1] [2].
Биохимические процессы
Белки — ферменты, они помогают тысячам биохимических реакций, происходящих внутри клеток организма [3]. В том числе активируют метаболизм посредством объединения с другими молекулами — субстратами. Ферменты также могут функционировать и вне клетки, например, пищеварительные — лактоза и сахароза, которые помогают переваривать сахар.
От их количества зависит пищеварение, свертывание крови и энергетический баланс. Дисбаланс некоторых ферментов может привести к сбоям в работе большинства систем организма [4].
Гормональный баланс
Некоторые белки представляют собой гормоны, которые как химические посредники помогают взаимодействовать различным клеткам организма. Их производят эндокринные ткани и железы, а затем белки транспортируются по внутренним органам. Эти гормоны делят на три группы: белок и пептиды, стероиды и амины [5].
Структура тканей
Некоторые белки являются волокнами, придающими жесткость клеткам: кератин, коллаген и эластин. Они помогают формировать каркас тканей тела [6]. Кератин — строительный материал для кожи, волос и ногтей, коллаген — структурный белок костей, кожи, связок и сухожилий, а эластин позволяет тканям возвращаться в первоначальную форму после растяжений и сокращений.
Правильный pH
Белок играет жизненно важную роль в регулировании концентрации кислот и оснований в крови и других жидкостях организма [7]. Этот баланс измеряется с помощью шкалы pH от 0 до 14, где 0 — максимально кислый, 7 — нейтральный, 14 — наиболее щелочной. Протеины — один из способов регулирования этих показателей. Например, гемоглобин — тоже белок, из которого состоят эритроциты. Он связывает небольшое количество кислоты, помогая поддерживать нормальный уровень pH в крови.
Хороший иммунитет
Белки помогают формировать иммуноглобулины или антитела для борьбы с инфекцией [8] [9]. Антитела — белки в крови, которые помогают защитить организм от бактерий и вирусов. Вырабатывая их в качестве реакции на вторжение чужеродных элементов, клетки в дальнейшем лучше противостоят похожим заболеваниям.
Баланс жидкости
Альбумин и глобулин — белки крови, которые помогают сохранить баланс жидкости в организме, удерживая воду в клетках [10] [11].
При недостатке протеина могут возникать отеки, так как жидкость вытесняется в промежутки между клетками [12].
Нормализация веса
Белок важен для тех, кому необходимо нормализовать вес. Некоторые эксперименты ученых подтверждают, что увеличение количества белка в рационе ведет к повышению скорости метаболизма и снижению аппетита [13]. Протеин хорошо насыщает, в результате чего реже хочется перекусывать, снижается объем порций в основных приемах пищи [14] [15]. В одном из исследований женщины 12 недель употребляли белковую пищу в количестве 30% от дневной калорийности рациона. В среднем каждая из участниц эксперимента потеряла порядка пяти килограмм веса, сохранив здоровые пищевые привычки [16].
Норма белка в день
Если вы каждый день едите продукты животного происхождения, такие как мясо, рыбу, яйца или молочные продукты, вы, вероятно, получаете достаточно белка. Если придерживаетесь растительной диеты, получить незаменимые аминокислоты, необходимые организму, будет сложнее.
Среднестатистические нормы протеина в рационе на один килограмм веса:
- для женщин – 60–90 г;
- для мужчин – 80–150 г;
- для дошкольников – 3 г;
- для школьников – 2,5 г.
В некоторых случаях требуется больше белка, например, в периоды болезни, интенсивных занятий спортом, а также при беременности и кормлении грудью [17] [18]. Данные о точном количестве вещества разнятся, поэтому правильно будет проконсультироваться с лечащим врачом, который подберет индивидуальный рацион, исходя из особенностей организма. Так, авторы одного исследования утверждают, что беременным женщинам в день необходимы 1,2–1,52 г протеина на один кг веса [19]. Другие врачи рекомендуют потреблять дополнительно 1,1г белка на кг веса [20]. Суточная норма белка во время грудного вскармливания составляет 1,3 г на килограмм в день плюс 25 дополнительных граммов [21].
Активным людям требуется больше белка, чем тем, кто ведет малоподвижный образ жизни.
Спортсменам, предпочитающим тренировки на выносливость, необходимо около 1,2–1,4 г на каждый кг веса [22] [23]. Достаточное количество протеина необходимо для предотвращения развития заболеваний, таких как остеопороз. Пожилым людям, а также тем, кто восстанавливается после травмы или операции, требуется до 1–1,3 г на один кг массы тела [24] [25].
Сколько белка в яйцах, курице и твороге
Эти продукты врачи и диетологи чаще всего упоминают как отличные источники протеина:
-
Яйца. Содержат 6-7 г белка на штуку среднего размера. Содержатся они именно в белковой части яйца. Поэтому в фитнес-меню часто присутствуют блюда без желтка, но на самом деле, при сбалансированном рационе нет смысла от них отказываться.
-
Курица. Если необходимо добавить белка в рацион, выбирайте куриную грудку — в ней больше волокон и меньше жира.
На 100 г продукта — 27% белка. Оптимальный ингредиент для повышения уровня белка в организме, если вы не придерживаетесь растительной диеты. -
Творог. В 200-граммовой пачке творога содержится 35 г белка, что соответствует почти трети среднестатистической дневной нормы. Отдавайте предпочтение творогу средней жирности, так как обезжиренного усваивается меньше необходимым микроэлементов.
На 100 г продукта — 27% белка. Оптимальный ингредиент для повышения уровня белка в организме, если вы не придерживаетесь растительной диеты.Продукты, богатые белком
В первую очередь, протеин попадает в организм из животных продуктов. Средние показатели белка на 100 г продукта:
- птица — 27 г;
- свинина — 27 г;
- говядина — 26 г;
- рыба — 22 г;
- морепродукты — 22 г.
Вегетарианцам и веганам стоит позаботиться о наличии растительного белка в рационе. Это могут быть бобовые, крупы, соевые и цельнозерновые продукты:
- красная чечевица — 18 г белка;
- красная фасоль — 16 г;
- маш, нут, черная фасоль — 14 г;
- гречка и цельнозерновой хлеб — 13 г;
- киноа и тофу — 8 г;
- тыквенные семечки — 5 г в одной порции (горсть 25-30 г).
Норма белка в моче и крови
Лучший способ проверить, хватает ли организму белка, — сдать анализы, например биохимический анализ крови. В норме концентрация белка в крови взрослого человека должна составлять 62–86 г/л, а у детей — от 45 до 80 г/л. Снижение этих показателей возникает в результате ряда заболеваний, в том числе первичных иммунодефицитов, нарушениях обмена веществ, дисфункциях желудочно-кишечного тракта, а также дефицита протеина в рационе.
Превышение нормы встречается редко, но оно может указывать на хронические тяжелые инфекции (такие как туберкулез), ускоренный распад эритроцитов, системные опухоли или обезвоживание организма.
С-реактивный белок — фракция протеинов плазмы, которая повышается при наличии в организме воспалительного процесса. Синтезируется в ответ на попадание в кровь токсинов патологических микроорганизмов и обезвреживает их путем их связывания, а также запускает иммунные реакции.
С-реактивный белок в норме отсутствует в крови (либо его показатели не превышают 0,4 мг/л). Большие значения указывают на развитие патологий: инфекционных и вирусных заболеваний, панкреатита, пиелонефрита, гепатита, язвенного колита и онкологии.
Помимо крови, белок учитывают в анализе мочи. Небольшое его количество встречается и у здоровых людей, в норме — до 140 мг/л (до 0,140 г/л). При активной физической нагрузке показатели не должны превышать 250 мг/сутки (0,250 г/л). Для того, что точнее узнать потери белка с мочой, необходимо проводить исследование его концентрации в суточных анализах. Их назначают при заболеваниях мочевыделительной системы и почек, инфекциях, а также для контроля осложнений, в том числе при приеме препаратов, оказывающих нефротоксическое действие — поражение почек.
Переизбыток белка
Высокое потребление белка может нанести вред людям с заболеваниями почек [26]. Двумя основными факторами риска почечной недостаточности являются высокое кровяное давление (гипертония) и диабет.
И то, и другое провоцируется переизбытком белка [27] [28]. Точное количество необходимого протеина варьируется в зависимости от возраста, состояния здоровья и образа жизни. Исследование с участием здоровых мужчин, занимающихся силовыми тренировками, показало, что ежедневное употребление 3 г белка на кг массы тела в течение года не имело никаких неблагоприятных последствий для здоровья [29]. Даже 4,4 г на кг веса в течение двух месяцев не вызывало никаких побочных эффектов [30].
Нет никаких доказательств того, что потребление белка в разумных количествах причиняет вред здоровым людям. Напротив, существует множество доказанных преимуществ. Однако, если у вас заболевание почек, следует следовать советам врача и ограничить потребление протеинов.
Богатое белками, но бедное жирами и углеводами питание — нагрузка на почки и печень. Переизбыток белка на фоне нехватки других необходимых организму веществ выражается в проблемах с пищеварением, неприятном запахе изо рта и постоянной жажде.
Недостаток белка
Помимо показателей медицинских анализов есть и другие признаки недостатка протеина, которые вы можете заметить перед походом к врачу.
Постоянный голод
Белки насыщают и заряжают энергией надолго, но в качестве перекуса многие из нас используют не белковые продукты, а содержащие углеводы: бананы, печенье, конфеты, выпечку и бутерброды. Еда, богатая углеводами, приводит к быстрому подъему уровня сахара (и мы чувствуем себя сытыми) и такому же быстрому падению (через полчаса мы снова голодны). Этот же эффект вызывает тягу к сладкому: организму не хватает сил, а конфета — самый быстрый способ их получить. Правда, ненадолго.
Слабые волосы и ногти
Ногти и волосы — это тоже белок, а точнее, кератин. Для их здоровья регулярное потребление белковой пищи абсолютно необходимо, иначе организму неоткуда будет брать строительный материал. При дефиците белка волосы становятся тонкими, слабыми и тусклыми, плохо растут и секутся, а ногти начинают ломаться и расслаиваться.
Медленное заживление ран
Если даже маленькая царапина заживает дольше недели, это тоже может быть признаком недостатка белка. Он входит в состав клеток мышечной ткани, кожи и крови, поэтому, если макроэлемента не хватает, на ремонт повреждений у организма уходит гораздо больше времени.
Частые инфекционные болезни
По мнению доктора Алиссы Рамси из американской Академии питания и диетологии, белок также необходим для построения клеток иммунной системы — если вы едите мало белковых продуктов, со временем защита организма может ослабеть.
Без белка замедляется выработка интерферона и лизоцима, «защитников», отбивающих атаки патогенов. Иммунитет перестает справляться с бактериями и вирусами, и мы болеем чаще. Причем любыми инфекционными заболеваниями: у людей на низкобелковой диете часто диагностируют инфекции.
Отеки
Дефицит белка приводит к нарушению водно-солевого баланса, из-за чего жидкость скапливается в тканях.
Результат — мешки под глазами и опухшее по утрам лицо, отеки лодыжек и стоп, чувство тяжести в ногах, которое появляется уже в середине дня, даже если вы носите удобную обувь.
Снижение веса
У нашего организма свои приоритеты. Если белка не хватает, то все поступающие протеины направляются туда, где они жизненно необходимы, то есть к внутренним органам. Мышцам при этом почти ничего не достается, и они начинают уменьшаться в объеме. Правда, снижение мышечной массы при белковой недостаточности заметить трудно — за счет отеков вес может оставаться относительно стабильным или снижаться очень медленно. Зато вы точно заметите другие признаки постепенной атрофии мышечной ткани — слабость и быструю утомляемость. Люди, желающие скорректировать вес, часто отказываются от жиров или белка, но это ошибка. Важно соблюдать баланс: основу правильной диеты составляют мясо, рыба (или продукты с высоким содержанием белка растительного происхождения), крупы и овощи.
Плохое настроение
Белок, помимо всего прочего, важен для синтеза нейромедиатора серотонина. Именно он отвечает за хорошее настроение и стрессоустойчивость. Недостаток серотонина приводит не только к хандре, плаксивости и мрачным мыслям, но и к бессоннице, повышенной тревожности, нервозности и склонности взрываться по пустякам.
Комментарии эксперта
Горбачёва Наталья Леонидовна, диабетолог, диетолог, эндокринолог, ведущий специалист сети клиник «Семейная»
«Правильный белковый обмен веществ — баланс между распадом и синтезом белков. Организму должно хватать аминокислот для построения новых соединений. Степень усвоения белка зависит от его происхождения и способа термической обработки. Элемент не способен накапливаться в организме, его излишки выводятся с помощью почек. Поэтому чрезмерное потребление белка негативно сказывается на их состоянии
Причинами нарушений белкового обмена могут стать наследственные заболевания: подагра, а также тяжелые состояния, такие как онкопатологии, следствие радиационного облучения и прочее. Но в большинстве случаев у взрослого человека симптомы нарушения биосинтеза белков говорят о несбалансированном рационе питания.
Недостаток белков — актуальная проблема. Одних она настигает при избавлении от лишнего веса, других — при вегетарианстве, а третьих — из-за заболеваний пищеварительной и эндокринной систем. Дефицит белков может не проявляться клинически, но последствия недостатка протеина довольно печальны:
- задержка роста и развития у детей;
- малая мышечная масса;
- сердечно-сосудистые заболевания;
- плохой аппетит;
- вялость, апатия, усталость;
- плохое состояние кожи, волос, ногтей.
Если биосинтез белков нарушен на этапе построения, человек может страдать от белкового отравления. Характерными признаками интоксикации являются поражение печени и почек, нарушения работы ЖКТ. Переизбыток белка влияет на центральную нервную систему вплоть до серьезных поражений при врожденных нарушениях обмена веществ. При ухудшении самочувствия необходимо сдать анализы и получить рекомендации специалиста.»
%d0%bf%d1%80%d0%be%d1%82%d0%b5%d0%b8%d0%bd PNG, векторы, PSD и пнг для бесплатной загрузки
Мемфис дизайн геометрические фигуры узоры мода 80 90 х годов
4167*4167
поп арт 80 х патч стикер
3508*2480
схема бд электронный компонент технологии принципиальная схема технологическая линия
2000*2000
аудиокассета изолированные вектор старая музыка ретро плеер ретро музыка аудиокассета 80 х пустой микс
5000*5000
Мемфис шаблон 80 х 90 х годов стилей фона векторные иллюстрации
4167*4167
green environmental protection pattern garbage can be recycled green clean
2000*2000
поп арт 80 х патч стикер
2292*2293
Мемфис бесшовные модели 80 х 90 х стилей
4167*4167
80 основных форм силуэта
5000*5000
поп арт 80 х патч стикер
3508*2480
поп арт 80 х патч стикер
2292*2293
поп арт 80 х патч стикер
3508*2480
поп арт 80 х патч стикер
3508*2480
be careful to slip fall warning sign carefully
2500*2775
поп арт 80 х патч стикер
3508*2480
80 е брызги краски дизайн текста
1200*1200
мемфис бесшовной схеме 80s 90 все стили
4167*4167
поп арт 80 х патч стикер
3508*2480
поп арт 80 х патч стикер
3508*2480
Элементы рок н ролла 80 х
1200*1200
поп арт 80 х патч стикер
3508*2480
80 слов искусства
1200*1200
80 летний юбилей дизайн шаблона векторные иллюстрации
4083*4083
в первоначальном письме bd логотипа
1200*1200
поп арт 80 х патч стикер
3508*2480
Дизайн персонажей моды 80 х годов может быть коммерческими элементами
2000*2000
поп арт 80 х патч стикер
3508*2480
80 е этап пиксель ретро диско танцы неоновые иллюстрации обои
4724*2657
поп арт 80 х патч стикер
2292*2293
поп арт 80 х патч стикер
3508*2480
плавный руки нарисованная мемфис модный хипстер 80 х 90 х годов творческих детей рисовать
5000*5000
ретро стиль 80 х годов диско дизайн неон плакат
5556*5556
три группы 3d реалистичное декоративное яйцо с золотым цветом на гнезде bd с золотым всплеском текстовый баннер
5000*5000
облака комиксов
5042*5042
поп арт 80 х патч стикер
3508*2480
80 х годов поп арт мультфильм банановая наклейка
8334*8334
поп арт 80 х патч стикер
3508*2480
я люблю моих фб хорошо за футболку
1200*1200
Неоновый эффект 80 х годов Ретро вечеринка арт дизайн
1200*1200
80 летний юбилей дизайн шаблона векторные иллюстрации
4083*4083
Диско вечеринка в стиле ретро 80 х art word design
1200*1200
Мода цвет 80 х годов ретро вечеринка слово искусства
1200*1200
вектор скорости 80 значок
1024*1024
Флаер музыкального мероприятия 80 х годов
1200*1200
Ретро мода 80 х градиент цвета художественного слова
1200*1200
диско дизайн в стиле ретро 80 х неон
5556*5556
bd письмо 3d круг логотип
1200*1200
80 основных форм гранж
1200*1200
в первоначальном письме bd шаблон векторный дизайн логотипа
1200*1200
Рождество 80 х годов ретро пиксель
9449*5315
Виды протеина, их различия, плюсы и минусы
Белок еще называют протеином. Это строительный материал для всего тела. Он принимает участие в функционировании мышц, внутренних органов, а также росте ногтей и волос. Поэтому следует ознакомиться с особенностями употребления белка, его разновидностями и свойствами.
Виды белка
Не получая дневную норму протеина, организм начинает истощаться. Чтобы этого избежать, необходимо сбалансировать рацион. Этого можно достичь, отслеживая и подсчитывая получаемое количество калорий из продуктов или принимая пищевые белковые добавки. Спортивное питание поможет получить необходимую порцию белков.
Для полноценной жизнедеятельности человеку необходимо употреблять белок двух видов: растительного и животного происхождения. Различие в том, что растительный протеин легко усваивается, тогда как второй вид расщепляется медленнее. Но растительное белковое вещество имеет определенный минус: в нем содержится меньше аминокислот, чем в животном белке.
Польза белка для организма
Протеин в нашем теле выполняет следующие цели:
- обменные процессы – обеспечение надлежащего обмена веществ в организме;
- иммунитет – белки и есть те антитела, что защищают нас от инфекций и вирусов;
- транспортировка – укрепление кровеносной системы, протеин доставляет полезные вещества в каждую клеточку нашего тела;
- строительный материал – данные вещества являются основой клеточного строения;
- энергия – 1 грамм равен 4 Ккал, но организм начинает использовать белковые накопления, когда закончится запас углеводов.
Наш организм не вырабатывает протеин самостоятельно, а берет его из пищи. Люди, которые плохо и нерегулярно питаются, занимаются спортом или умственной деятельностью, могут не получать его в необходимом количестве.
Не получая дневную норму протеина, организм начинает истощаться. Чтобы этого избежать, необходимо сбалансировать рацион.
Растительные белки: в каких продуктах они есть?
Наш организм способен синтезировать белок из немногих растений, и больше всего его в таких культурах:
- арахис – в 100 граммах орехов содержит около 20 граммов белкового вещества;
- фасоль – 23 гр./100 гр.;
- семена чиа – 20 гр./100 гр., плюсом является большее содержание кальция, чем в молочных продуктах;
- нут – 19 гр./100 гр.;
- киноа – 16 гр./100 гр., количество аминокислот практически наравне с молочной продукцией.
Одним растительным белком сложно восполнить дневную норму потребления. В среднем человеку необходимо полтора грамма протеина на 1 кг своего веса, поэтому у каждого свой уровень дневной необходимости.
Животные белки: в каких продуктах и в каком количестве?
Протеин животного происхождения легко получить, употребляя следующие продукты:
- красная рыба – насыщена витаминами, содержит жиры омега, в 100 граммах продукта — 3,22 гр. протеина;
- куриное мясо – 20 гр./100 гр., полезный и доступный по цене продукт, при диетах всегда рекомендуют употреблять только грудинку;
- говядина – 19 гр. белка в 100 гр. мяса, полезный продукт с низкой жирностью;
- сыр – 25 гр./100 гр., из-за высокой жирности не рекомендуют к частому употреблению при спортивных диетах;
- творог – 17 гр./100 гр., самый медленно усваиваемый вид белка;
- молоко – только 3 гр./100 гр., легко усваивается, как отдельный источник белка он беден, но подходит для добавления в протеиновый коктейль или омлет.
Поскольку животные белки более богаты аминокислотами, чем растительные, они считаются полноценными. Для сторонников вегетарианства восполнить норму только растительной пищей невозможно. Поэтому им приходится принимать добавки и грамотно продумывать свое меню.
Протеин жизненно необходим каждому человеку, поэтому стоит следить за своим рационом и содержанием белковых веществ в продуктах.
7 типов протеина
Производители спортивного питания и белковых добавок предлагают большой выбор различных видов продукции. Это упрощает жизнь спортсменам, тем, кто хочет похудеть или набрать мышечную массу. Для применения есть семь видов готового белка.
Сывороточный белок – лидер среди добавок при занятии спортом. Это продукт молочного происхождения (из сыворотки) по доступной цене. Его плюс – быстрое усвоение и безопасность для организма.
Второй по популярности считается продукция с казеином: молочный белок и казеиновый протеин. Молочный протеин состоит из сыворотки и казеина, а казеиновый получают из молока. Главное различие между ними – скорость усвоения. Молочный белок усваивается в течение 2 часов, а казеиновый расщепляется на протяжении 6-8, что хорошо для плавного обогащения организма аминокислотами.
Яичный изолят – это высушенный яичный белок с высоким содержанием аминокислот. Предназначен для жиросжигания и быстрого наращивания мышечной массы.
Соевый и пшеничный протеин близки по своим свойствам. Они быстро усваиваются, имеют в составе полезные микроэлементы, витамины, глютамин, аминокислоты и аргинин. Мину заключается в большом количестве женских гормонов, поэтому не стоит ими злоупотреблять.
Наименее популярный – мясной или говяжий белок. Он имеет своеобразный привкус и высокую цену.
Протеин жизненно необходим каждому человеку, поэтому стоит следить за своим рационом и содержанием белковых веществ в продуктах. А для большей эффективности лучше употреблять белковые добавки и придерживаться спортивного питания.
Это первые фотографии отдельных белков
В организме человека есть тысячи различных белков. Каждый имеет уникальную форму, которая определяет его функцию. Однако ученым сложно получить изображения отдельных белков — мощные инструменты визуализации уничтожили бы хрупкие белки, поэтому исследователи снимают фотографии белков в кристаллической структуре, часто миллионы из них за раз. Получающиеся изображения часто получаются нечеткими, а некоторые белки невозможно сфотографировать, поскольку они не образуют кристаллов.Согласно исследованию, недавно опубликованному на arXiv и опубликованному New Scientist, команда ученых использовала удивительный материал графен, чтобы сделать первые фотографии отдельных белков.
Чтобы получить изображение одного белка, исследователи распыляют смесь белков в растворе на тонкий лист графена. Затем они использовали низкоэнергетический голографический электронный микроскоп, который создает изображение, отражая пучок электронов от белков, а затем записывает, как эти электроны взаимодействуют с набором других электронов.Эта низкая энергия гарантировала, что белок не был уничтожен, пока исследователи фотографировали его. Используя компьютер, исследователи использовали изображение голограммы, чтобы восстановить первоначальную структуру белка.
Изображения цитохрома C
А) Изображения белков цитохрома С, полученные с помощью голографического электронного микроскопа. Б) Реконструкции трех различных ориентаций белка. В) Модели различных ориентаций белка на основе численных реконструкций.Исследователи опробовали этот метод визуализации с несколькими белками с хорошо известными структурами: гемоглобином (белок, переносящий кислород в эритроцитах), бычий сывороточный альбумин (коровий белок, обычно используемый в лабораторных экспериментах) и цитохром с (используемые белки переносить электроны в теле). Они сравнили полученные изображения с изображениями, полученными с помощью других методов обработки изображений, и обнаружили, что их фотографии имеют меньшее размытие. Затем исследователи надеются сделать фотографии белков, которые раньше никогда не видели сами по себе.Если ученые лучше поймут структуру белков, они смогут выяснить, что идет не так при заболеваниях, связанных с неправильно свернутыми белками, таких как болезнь Альцгеймера, Паркинсона и Хантингтона.
Это первые фотографии одного белка
Современные методы визуализации могут разрушать хрупкие молекулы. Это одна из причин, по которой биологи только недавно смогли сделать первую фотографию одного белка. Все благодаря графену, ультратонкой форме углерода.
Фотографирование белков
Предоставлено: Жан-Николя Лоншан из Цюрихского университета, Швейцария.Методы визуализации, такие как рентгеновская кристаллография или криоэлектронная микроскопия, основаны на усреднении показаний миллионов молекул. Это часто приводит к нечеткому конечному продукту; однако усреднение необходимо, потому что освещение молекул рентгеновскими лучами или высокоэнергетическими электронами может повредить белок.
Если деталь повреждена, она не будет видна на фото.
Молекулы тоже не терпеливы. Было бы проще заставить малыша сидеть спокойно достаточно долго, чтобы сделать семейный портрет.
Именно сюда входят Жан-Николя Лоншан из Цюрихского университета, Швейцария, и его коллеги. Они открыли способ заставить молекулы сидеть неподвижно.
Терпение
Ученые начинают с распыления раствора белков на лист графена, фиксируя его на месте. Это предметное стекло помещается под электронный голографический микроскоп, который использует интерференционные картины между электронами для создания изображения.
Электроны с низкой энергией не повреждают белок, что кажется положительным моментом, однако они также менее способны проникнуть на детектор микроскопа. Однако благодаря графену это не проблема.
«В оптической микроскопии у вас есть предметное стекло. Для нашей электронной микроскопии нам нужно было найти достаточно тонкую подложку, чтобы через нее проходили электроны », — говорит Лонгшамп.
Команда проверила свой метод на ряде белковых молекул, все размером всего несколько нанометров.Результаты хорошо согласуются с молекулярными моделями, полученными из рентгеновской кристаллографии, что позволяет предположить, что изображения точны. Предоставлено: Жан-Николя Лоншан из Цюрихского университета, Швейцария.Группа ученых планирует сделать снимки других молекул, которые невозможно запечатлеть традиционными методами.
Фотографирование белков позволяет нам понять их структуру и функции. Если мы поймем, как работают белки , предположительно, , у нас будет больше шансов вылечить болезни, вызванные неправильной работой белков, например болезнь Альцгеймера.
«В будущем мы сможем представить разницу в строении здорового человека и человека, страдающего болезнью», — говорит Лонгшамп.
Как читатель футуризма, мы приглашаем вас присоединиться к Singularity Global Community, форуму нашей материнской компании, чтобы обсудить футуристическую науку и технологии с единомышленниками со всего мира. Присоединяйтесь бесплатно, зарегистрируйтесь сейчас!
Фотоаффинное мечение (PAL) в химической протеомике: удобный инструмент для исследования межбелковых взаимодействий (PPI) | Proteome Science
Jin L, Wang W, Fang G. Нацеливание на белок-белковое взаимодействие малых молекул. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 2014; 54: 435–56.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Lowder MA, Appelbaum JS, Hobert EM, Schepartz A. Визуализация белковых партнерств в живых клетках и организмах. Curr Opin Chem Biol. 2011; 15: 781–8.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Цзянь Р.Ю. Зеленый флуоресцентный белок. Анну Рев Биохим. 1998. 67: 509–44.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Zhang J, Campbell RE, Ting AY, Tsien RY. Создание новых флуоресцентных зондов для клеточной биологии. Nat Rev Mol Cell Biol. 2002; 3: 906–18.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Андресен М., Шмитц-Салуэ Р., Якобс С.Короткие тетрацистеиновые метки для β-тубулина демонстрируют важность небольших меток для визуализации живых клеток. Mol Biol Cell. 2004; 15: 5616–22.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Гриффин Б.А., Адамс С.Р., Цзянь Р.Я. Специфическое ковалентное мечение рекомбинантных белковых молекул внутри живых клеток. Наука. 1998. 281: 269–72.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Мартин Б.Р., Гипманс Б.Н., Адамс С.Р., Цзянь Р.Ю. Оптимизация на основе клеток млекопитающих мотива тетрацистеина, связывающегося с биомышьяком, для улучшения флуоресценции и аффинности. Nat Biotechnol. 2005; 23: 1308–14.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Los GV, Encell LP, McDougall MG, Hartzell DD, Karassina N, Zimprich C, Wood MG, Learish R, Ohana RF, Urh M. HaloTag: новая технология маркировки белков для визуализации клеток и анализа белков.ACS Chem Biol. 2008; 3: 373–82.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Keppler A, Gendreizig S, Gronemeyer T, Pick H, Vogel H, Johnsson K. Общий метод ковалентного мечения гибридных белков малыми молекулами in vivo. Nat Biotechnol. 2003; 21: 86–9.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Gautier A, Juillerat A, Heinis C, Corrêa IR, Kindermann M, Beaufils F, Johnsson K.Сконструированная белковая метка для мечения нескольких белков в живых клетках. Chem Biol. 2008. 15: 128–36.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Чен И., Ховарт М., Лин В., Тинг А.Ю. Сайт-специфическая маркировка белков клеточной поверхности биофизическими зондами с использованием биотинлигазы. Нат методы. 2005; 2: 99–104.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Howarth M, Takao K, Hayashi Y, Ting AY. Нацеливание квантовых точек на поверхностные белки в живых клетках с помощью биотинлигазы. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2005; 102: 7583–8.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Martell JD, Deerinck TJ, Sancak Y, Poulos TL, Mootha VK, Sosinsky GE, Ellisman MH, Ting AY. Разработал аскорбатпероксидазу как генетически кодируемый репортер для электронной микроскопии.Nat Biotechnol. 2012; 30: 1143–8.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Calloway NT, Choob M, Sanz A, Sheetz MP, Miller LW, Cornish VW. Оптимизированные флуоресцентные производные триметоприма для мечения белков in vivo. ChemBioChem. 2007; 8: 767–74.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Цай И, Россье О., Готье, Северная Каролина, Биэ Н, Фардин М.-А, Чжан Х, Миллер Л.В., Ладу Б., Корнуолл Ф.В., Шитц М.П.Цитоскелетная когерентность требует сократимости миозина IIA. J Cell Sci. 2010; 123: 413–23.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Goldsmith CR, Jaworski J, Sheng M, Lippard SJ. Селективное мечение внеклеточных белков, содержащих полигистидиновые последовательности, конъюгатом флуоресцеин-нитрилотриуксусная кислота. J Am Chem Soc. 2006; 128: 418.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Lata S, Gavutis M, Tampé R, Piehler J. Специфическое и стабильное флуоресцентное мечение белков, меченных гистидином, для разделения образования мультибелковых комплексов. J Am Chem Soc. 2006; 128: 2365–72.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Оджида А., Хонда К., Шинми Д., Кийонака С., Мори Ю., Хамачи И. Комплексный зонд олиго-Asp tag / Zn (II) в качестве новой пары для мечения и визуализации флуоресценции белков. J Am Chem Soc.2006; 128: 10452–9.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Дормтин Г., Прествич Г.Д. Перспективы биохимии. 1994.
Google Scholar
Kotzyba ‐ Hibert F, Kapfer I., Goeldner M. Последние тенденции в маркировке фотоаффинности. Angew Chem Int Ed Engl. 1995; 34: 1296–312.
Артикул Google Scholar
Прествич Г.Д., Дорман Дж., Эллиотт Дж. Т., Марекак Д.М., Чаудхари А. Фотозонды BP для определения фосфоинозитов, пептидов и лекарств. Photochem Photobiol. 1997. 65: 222–34.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Хашимото М., Хатанака Ю. Последние достижения в области фотоаффинной маркировки на основе DA. Eur J Org Chem. 2008; 2008: 2513–23.
Артикул CAS Google Scholar
Tanaka Y, Bond MR, Kohler JJ. Фотосшивающие агенты освещают взаимодействия в живых клетках. Mol BioSyst. 2008; 4: 473–80.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Moerke NJ. Анализ поляризации флуоресценции (FP) для мониторинга связывания пептид-белок или нуклеиновая кислота-белок. Текущий Protoc Chem Biol. 2009; 2009: 1–15.
Google Scholar
Gubbens J, de Kroon AI.Обнаружение взаимодействий фосфолипид-белок в митохондриях в масштабе всего протеома путем фото-кросслинкинга и химии щелчков. Mol BioSyst. 2010; 6: 1751–9.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Das J. Алифатические DA в качестве зондов фотоаффинности для белков: последние разработки. Chem Rev.2011; 111: 4405–17.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Ленц Т., Фишер Дж. Дж., Дрегер М. Исследование взаимодействий малых молекул с белками: новая перспектива функциональной протеомики. J Proteome. 2011; 75: 100–15.
CAS Статья Google Scholar
Дубинский Л., Кром Б.П., Мейлер М.М. Мечение фото-сродства на основе DA. Bioorg Med Chem. 2012; 20: 554–70.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Park J, Koh M, Park SB.От нековалентных к ковалентным связям: смена парадигмы в идентификации белков-мишеней. Mol BioSyst. 2013; 9: 544–50.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Pham ND, Parker RB, Kohler JJ. Фотокросслинкинг подходы к картированию интерактомов. Curr Opin Chem Biol. 2013; 17: 90–101.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Preston GW, Wilson AJ.Фотоиндуцированное ковалентное сшивание для анализа биомолекулярных взаимодействий. Chem Soc Rev.2013; 42: 3289–301.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Sumranjit J, Chung SJ. Последние достижения в характеристике и идентификации целей с помощью фотоаффинных зондов. Молекулы. 2013; 18: 10425–51.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Xia Y, Peng L. Фотоактивируемые липидные зонды для изучения биомембран с помощью фотоаффинного мечения. Chem Rev.2013; 113: 7880–929.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Томохиро Т., Хатанака Ю. Многофункциональные фотозонды на основе DA для выяснения взаимодействия белок-лиганд на основе аффинности. Гетероциклы. 2014; 89: 2697–727.
CAS Статья Google Scholar
Сакураи К. Фотоаффинные зонды для идентификации углеводсвязывающих белков. Asian J Org Chem. 2015; 4: 116–26.
CAS Статья Google Scholar
Смит Э., Коллинз И. Мечение фотоаффинности при идентификации сайтов-мишеней и сайтов связывания. Future Med Chem. 2015; 7: 159–83.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Дорман G, Накамура H, Pulsipher A, Прествич GD. Жизнь Pi Star: исследование захватывающих и запретных миров фотофора BP. Chem Rev.2016; 116 (24): 15284–398.
PubMed Статья CAS Google Scholar
Ян Й, Сон Х, Чен ПР. Генетически кодируемые фотокросс-линкеры для идентификации и картирования белок-белковых взаимодействий в живых клетках. IUBMB Life. 2016; 68: 879–86.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Сингх А., Торнтон Э. Р., Вестхаймер Ф. Фотолиз диазоацетилхимотрипсина. J Biol Chem. 1962; 237: PC3006–8.
CAS Google Scholar
Galardy RE, Craig LC, Jamieson JD, Printz MP. Мечение фотоаффинностью сайтов связывания пептидных гормонов. J Biol Chem. 1974; 249: 3510–8.
CAS PubMed Google Scholar
Чин Дж. У., Мартин А. Б., Кинг Д. С., Ван Л., Шульц П. Г..Добавление фотосшивающей аминокислоты к генетическому коду Escherichia coli. Proc Natl Acad Sci. 2002; 99: 11020–4.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Чин Дж. У., Шульц П. Г.. Фотосшивание in vivo с мутагенезом неприродных аминокислот. Chembiochem. 2002; 3: 1135–7.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Фаррелл И.С., Торони Р., Хазен Дж. Л., Мель Р. А., Чин Дж. У. Фото-перекрестное связывание взаимодействующих белков с генетически кодируемым БП. Нат методы. 2005; 2: 377–84.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Tantama M, Lin W-C, Licht S. Зонд для определения профиля белка на основе активности никотинового ацетилхолинового рецептора. J Am Chem Soc. 2008; 130: 15766–7.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Wittelsberger A, Mierke DF, Rosenblatt M. Отображение интерфейсов лиганд-рецептор: приближение к пределу разрешения фотоаффинного сканирования на основе BP. Chem Biol Drug Des. 2008. 71: 380–3.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Dugan A, Majmudar CY, Pricer R, Niessen S, Lancia JK, Fung HY-H, Cravatt BF, Mapp AK. Открытие ферментативных мишеней активаторов транскрипции с помощью ковалентного химического захвата in vivo.J Am Chem Soc. 2016; 138: 12629.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Сагательян А., Джессани Н., Джозеф А., Хамфри М., Краватт Б.Ф. Зонды на основе активности для протеомного профилирования металлопротеиназ. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2004; 101: 10000–5.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Rowland MM, Bostic HE, Gong D, Speers AE, Lucas N, Cho W, Cravatt BF, Лучший доктор медицины. Зонды активности фосфатидилинозита (3, 4, 5) -трифосфата для маркировки и протеомной характеристики партнеров по связыванию белков. Биохимия. 2011; 50: 11143.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Hilbold B, Perrault M, Ehret C, Niu SL, Frisch B, Pécheur EI, Bourel-Bonnet L. Жирные кислоты, содержащие БП, и родственные им светочувствительные флуоресцентные новые зонды: конструкция, физико-химические свойства и предварительные функциональные исследования.Bioorg Med Chem. 2011; 19: 7464–73.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Кавамура А., Хинди С., Михай Д.М., Джеймс Л., Аминова О. Связывания недостаточно: необходима гибкость для фотосшивания киназы Lck фотолигандами BP. Bioorg Med Chem. 2008; 16: 8824–9.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Wu Y, Olsen LB, Lau YH, Jensen CH, Rossmann M, Baker YR, Sore HF, Collins S, Spring DR.Разработка многофункционального линкера BP для пептидного сшивания и фотоаффинного мечения. ChemBioChem. 2016; 17: 689–92.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Marcon L, Wang M, Coffinier Y, Le Normand F, Melnyk O, Boukherroub R, Szunerits S. Фотохимическая иммобилизация белков и пептидов на алмазных поверхностях, допированных бором на концах BP. Ленгмюра. 2009; 26: 1075–80.
Артикул CAS Google Scholar
Tal-Gan Y, Naveh S, Klein S, Moshel O, Levitzki A, Gilon C. Изучение белок-пептидных взаимодействий с использованием единиц BP: тематическое исследование протеинкиназы B / Akt и ее ингибитора PTR6154. Анальная биохимия. 2012; 421: 750–4.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Guo L-W, Hajipour AR, Gavala ML, Arbabian M, Martemyanov KA, Arshavsky VY, Ruoho AE. Сульфгидрил-реактивные, расщепляемые и радиойодируемые фотозонды БП для изучения белок-белкового взаимодействия.Bioconjug Chem. 2005; 16: 685–93.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Li X, Foley EA, Molloy KR, Li Y, Chait BT, Kapoor TM. Подход количественной химической протеомики для выявления межбелковых взаимодействий, опосредованных посттрансляционной модификацией. J Am Chem Soc. 2012; 134: 1982.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Li X, Kapoor TM. Подход к профилированию белков, распознающих посттрансляционно модифицированные «хвосты» гистонов. J Am Chem Soc. 2010; 132: 2504.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Сакураи К., Тава М., Окада А., Ямада Р., Сато Н., Инахара М., Иноуэ М. Система двойных активных / неактивных датчиков для селективного фотоаффинного мечения белков, связывающихся с небольшими молекулами. Chem-Asian J. 2012; 7: 1567–71.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Сакурай К., Ямада Р., Окада А., Тава М., Одзава С., Иноуэ М. Селективное флуоресцентное обнаружение белков, связывающихся с небольшими молекулами, с использованием системы двойной фотоаффинной маркировки. ChemBioChem. 2013; 14: 421–5.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Сакураи К., Хатаи Ю., Окада А. Мультивалентные углеводные зонды на основе наночастиц золота: селективное фотоаффинное мечение углеводсвязывающих белков. Chem Sci.2016; 7: 702–6.
CAS Статья Google Scholar
Murale DP, Hong SC, Yun J, Yoon CN, Lee JS. Рациональный дизайн фото-сшивающего BODIPY для мечения белков in situ. Chem Commun. 2015; 51: 6643–6.
CAS Статья Google Scholar
Hw A, Shen W, Sagi A, Chen PR, Schultz PG. Исследование белок-белковых взаимодействий с помощью генетически закодированной фотосшивающей аминокислоты.Chembiochem. 2011; 12: 1854–7.
Артикул CAS Google Scholar
Чоу К., Упрети Р., Дэвис Л., Чин Дж. У., Дейтерс А. Генетическое кодирование алифатического DA для фотосшивания белков. Chem Sci. 2011; 2: 480–3.
CAS Статья Google Scholar
Лин С., Хе Д, Лонг Т, Чжан С., Мэн Р., Чен ПР. Генетически кодируемый фото-кросс-линкер расщепляемого белка.J Am Chem Soc. 2014; 136: 11860–3.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Ян Ю, Сун Х, Хэ Д, Чжан С., Дай С, Лин С, Мэн Р, Ван Ц, Чен ПР. Генетически кодируемый белок-сшивающий агент с переносимой меткой, идентифицируемой масс-спектрометрией. Nat Commun. 2016; 7: 12299.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Янагисава Т., Хино Н., Ираха Ф., Мукаи Т., Сакамото К., Йокояма С. Широкое фото-сшивание белков, достигаемое с помощью генетически кодируемого производного N ε- (бензилоксикарбонил) лизина с диазиринильным фрагментом. Mol BioSyst. 2012; 8: 1131–5.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Томохиро Т., Ямамото А., Тацуми Ю. Хатанака Y: [3- (Трифторметил) -3 H-диазирин-3-ил] кумарин как карбен-образующий фотокросс-линкер с замаскированным флуорогенным маяком.Chem Commun. 2013; 49: 11551–3.
CAS Статья Google Scholar
Моримото С., Томохиро Т., Маруяма Н., Хатанака Ю. Фотоаффинное литье флага кумарина для быстрой идентификации лиганд-связывающих сайтов в белке. Chem Commun. 2013; 49: 1811–3.
CAS Статья Google Scholar
Томохиро Т., Моримото С., Шима Т., Чиба Дж., Хатанака Ю.Флуорогенный кросс-линкер с изотопным кодом для высокоэффективной идентификации целей на основе фотоаффинной маркировки. Angew Chem Int Ed. 2014; 53: 13502–5.
CAS Статья Google Scholar
Саймон Б., Хуанг X, Джу Х, Сан Дж., Ян М. Синтез и характеристика реагентов для фотоаффинного мечения в отношении С-концевого домена Hsp90. Org Biomol Chem. 2017; 15 (7): 1597–605.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Zhang H, Song Y, Zou Y, Ge Y, An Y, Ma Y, Zhu Z, Yang CJ. Фотоаффинный зонд на основе DA для простой и эффективной ковалентной конъюгации аптамер-белок. Chem Commun. 2014; 50: 4891–4.
CAS Статья Google Scholar
Bai X, Lu C, Jin J, Tian S, Guo Z, Chen P, Zhai G, Zheng S, He X, Fan E. Обогащение белков-читателей гистоновых модификаций.Angew Chem. 2016; 128: 8125–9.
Артикул Google Scholar
Сугихара Ю., Тацуми С., Кобори А. Разработка новых светочувствительных олигодезоксирибонуклеотидов с аденозином, конъюгированным с 2′-O-DA, для межцепочечного сшивания ДНК. Chem Lett. 2016; 2016: 46.
Google Scholar
Чан EW, Chattopadhaya S, Panicker RC, Huang X, Yao SQ. Разработка фотоактивных аффинных зондов для протеомного профилирования: зонды на основе гидроксамата для металлопротеаз.J Am Chem Soc. 2004. 126: 14435–46.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Zhu B, Zhang H, Pan S, Wang C, Ge J, Lee JS, Yao SQ. Профилирование протеома in situ и применение в биоимиджинге зондов на основе аффинности малых молекул, полученных из ингибиторов DOT1L. Chem A Eur J. 2016; 22: 7824–36.
CAS Статья Google Scholar
Li Z, Hao P, Li L, Tan CY, Cheng X, Chen GY, Sze SK, Shen HM, Yao SQ.Дизайн и синтез минималистичных терминальных алкинсодержащих фото-кросслинкеров DA и их включение в ингибиторы киназ для профилирования протеома на основе клеток и тканей. Angew Chem Int Ed. 2013; 52: 8551–6.
CAS Статья Google Scholar
Li Z, Wang D, Li L, Pan S, Na Z, Tan CY, Yao SQ. «Минималистичные» содержащие циклопропен фото-кросслинкеры, подходящие для визуализации живых клеток и мечения белков на основе аффинности.J Am Chem Soc. 2014; 136: 9990–8.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Jeong HS, Hayashi G, Okamoto A. DA. Фотосшивание привлекает активированные комплексы FTO-деметилазы для специфического распознавания N 6-метиладенозина. ACS Chem Biol. 2015; 10: 1450–5.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Ван Л., Ёсида Т., Муто Ю., Мурай Ю., Тахрим З. П., Исида А., Накагава С., Сакихама Ю., Хашидоко Ю., Масуда К.Синтез фотореактивных производных сахарина на основе DA для фотоаффинного мечения вкусовых рецепторов. Eur J Org Chem. 2015; 2015: 3129–34.
CAS Статья Google Scholar
Чанг Т.С., Адак А.К., Лин Т.-В, Ли П-Дж, Чен И-Дж, Лай С.-Х, Лян С.Ф., Чен Й-Дж, Линь Си. Фоторасщепляемая аффинная метка с биотином для легкого высвобождения фото-сшитого углеводсвязывающего белка. Bioorg Med Chem. 2016; 24: 1216–24.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Сакурай К., Ясуи Т., Мизуно С. Сравнительный анализ реакционной способности фотоаффинных зондов на основе DA по отношению к углеводсвязывающему белку. Asian J Org Chem. 2015; 4: 724–8.
CAS Статья Google Scholar
Ямада Р., Хираидзуми М., Нарита С., Сакураи К. Двухступенчатый синтез кликабельного фотоаффинного зонда из противоракового сапонина OSW-1 и его фотохимическая реактивность.Asian J Org Chem. 2016; 5: 330–4.
CAS Статья Google Scholar
Стюарт Дж. А., Пилигиан Б. Ф., Рунделл С. Р., Свартс Б. М.. Трехфункциональный циклооктин для модификации биомолекул, меченных азидом, с помощью фотосшивающих и аффинных меток. Chem Commun. 2015; 51: 17600–3.
CAS Статья Google Scholar
Чин Дж. У., Санторо ЮЗ, Мартин А.Б., Кинг Д.С., Ван Л., Шульц П.Г.Добавление п-азидо-1-фенилаланина в генетический код Escherichia c oli. J Am Chem Soc. 2002; 124: 9026–7.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Мори Х., Ито К. Различные способы взаимодействия SecY-SecA, выявленные сайт-направленным фото-перекрестным связыванием in vivo. Proc Natl Acad Sci. 2006; 103: 16159–64.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Чин Дж. У., Кропп Т. А., Андерсон Дж. К., Мукхерджи М., Чжан З., Шульц П. Г.. Расширенный генетический код эукариот. Наука. 2003; 301: 964–7.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Лю В., Брок А., Чен С., Чен С., Шульц П.Г. Генетическое включение неприродных аминокислот в белки в клетках млекопитающих. Нат методы. 2007; 4: 239–44.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Типпманн Э.М., Лю В., Саммерер Д., Мак А.В., Шульц П.Г. Генетически кодируемый фотошаблон DA в Escherichia coli. ChemBioChem. 2007; 8: 2210–4.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Чен С., Шульц П.Г., Брок А. Усовершенствованная система для создания и анализа мутантных белков, содержащих неприродные аминокислоты, в Saccharomyces cerevisiae. J Mol Biol. 2007; 371: 112–22.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Бентин Т., Хамзави Р., Саломонссон Дж., Рой Х., Ибба М., Nielsen PE. Фотореактивные бициклические аминокислоты как субстраты для мутантных фенилаланил-тРНК синтетаз Escherichia coli. J Biol Chem. 2004; 279: 19839–45.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Чен Н-Т, Варфилд Л., Хан С. Положения TFIIF и TFIIE в комплексе преинициации транскрипции РНК-полимеразы II. Nat Struct Mol Biol. 2007. 14: 696–703.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Хино Н., Окадзаки Ю., Кобаяши Т., Хаяси А., Сакамото К., Йокояма С. Фотоперекрестное связывание белков в клетках млекопитающих путем сайт-специфического включения фотореактивной аминокислоты. Нат методы. 2005; 2: 201–6.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Hino N, Hayashi A, Sakamoto K, Yokoyama S.Сайт-специфическое включение неприродных аминокислот в белки в клетках млекопитающих с расширенным генетическим кодом. Nat Protoc. 2006; 1: 2957–62.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Шликер К., Вайбецан Дж., Патцельт Х., Тессарц П., Штруб С., Зет К., Эрбсе А., Шнайдер-Мергенер Дж., Чин Дж. В., Шульц П. Г.. Распознавание субстрата шапероном AAA + ClpB. Nat Struct Mol Biol. 2004; 11: 607–15.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Weibezahn J, Tessarz P, Schlieker C, Zahn R, Maglica Z, Lee S, Zentgraf H, Weber-Ban EU, Dougan DA, Tsai FT. Термостойкость требует рефолдинга агрегированных белков за счет транслокации субстрата через центральную пору ClpB. Клетка. 2004. 119: 653–65.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Suchanek M, Radzikowska A, Thiele C. Фото-лейцин и фотометионин позволяют идентифицировать белок-белковые взаимодействия в живых клетках.Нат методы. 2005; 2: 261–8.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Li G, Liu Y, Yu X, Li X. Мультивалентный фотоаффинный зонд для мечения малых молекул, связывающих белки. Bioconjug Chem. 2014; 25: 1172–80.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Ян Т., Лю З., Ли XD. Разработка химических зондов на основе DA для идентификации «читателей» и «стирателей» модификаций гистонов.Chem Sci. 2015; 6: 1011–7.
CAS Статья Google Scholar
Хорнинг Б.Д., Сучиу Р.М., Гадири Д., Улановская О., Мэтьюз М.Л., Лум К.М., Бэкус К., Браун С.Дж., Розен Х., Краватт Б.Ф. Химическое протеомное профилирование метилтрансфераз человека. J Am Chem Soc. 2016; 138: 13335.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Vervacke JS, Funk AL, Wang Y-C, Strom M, Hrycyna CA, Distefano MD.Фотоактивируемый изопреноид, содержащий DA: синтез и применение в исследованиях с изопренилцистеинкарбоксилметилтрансферазой. J Org Chem. 2014; 79: 1971-8.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Сакураи К., Ямагучи Т., Мизуно С. Дизайн и синтез флуоресцентных зондов фотоаффинности гликолипидов и их фотореактивности. Bioorg Med Chem Lett. 2016; 26: 5110–5.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Сакураи К., Одзава С., Ямада Р., Ясуи Т., Мизуно С. Сравнение реакционной способности углеводородных фотоаффинных зондов с различными фотореактивными группами. ChemBioChem. 2014; 15: 1399–403.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Park J, Koh M, Koo JY, Lee S, Park SB. Исследование специфических связывающих белков с фотоаффинными линкерами для эффективной деконволюции целевого белка. ACS Chem Biol. 2015; 11: 44–52.
PubMed Статья CAS Google Scholar
YoungáKoo J, Yellamelli V, BumáPark S. Неспецифическое мечение белков фотоаффинных линкеров коррелирует с их молекулярной формой в живых клетках. Chem Commun. 2016; 52: 5828–31.
Артикул CAS Google Scholar
Лян Дж., Чжан Л., Тан XL, Ци Ю.К., Фэн С., Дэн Х., Янь И, Чжэн Дж. С., Лю Л., Тянь Ц.Химический синтез фотоаффинных зондов на основе диубиквитина для выборочного профилирования убиквитин-связывающих белков. Angew Chem. 2017; 129: 2788–92.
Артикул Google Scholar
Muttach F, Mäsing F, Studer A, Rentmeister A. Новые аналоги AdoMet в качестве инструментов для ферментативного переноса фото-кросслинкеров и фиксации взаимодействий РНК-белок. Chem A Eur J. 2017; 23 (25): 5988–93.
CAS Статья Google Scholar
Lin E-W, Boehnke N, Maynard HD. Конъюгация белок-полимер через сродство к лиганду и фотоактивацию глутатион-S-трансферазы. Bioconjug Chem. 2014; 25: 1902–1909.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Буш Дж. Т., Уолпорт Л. Дж., Макгуран Дж. Ф., Люнг И. К., Берридж Дж., Ван Беркель С. С., Басак А., Кесслер Б. М., Скофилд С. Дж.. Четырехкомпонентная реакция Ugi делает возможным целесообразный синтез и сравнение фотоаффинных зондов.Chem Sci. 2013; 4: 4115–20.
CAS Статья Google Scholar
Кляйнер П., Хейденройтер В., Шталь М, Коротков В.С., Зибер С.А. Полный перечень протеомного связывания фонового фотосшивающего агента. Angew Chem Int Ed. 2017; 56: 1396–401.
CAS Статья Google Scholar
Рамил С.П., Лин К. Химия фотоклика: инициируемая флуорогенным светом реакция лигирования in vivo.Curr Opin Chem Biol. 2014; 21: 89–95.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Herner A, Marjanovic J, Lewandowski TM, Marin V, Patterson M, Miesbauer L, Ready D, Williams J, Vasudevan A, Lin Q. 2-арил-5-карбокситетразол в качестве новой метки сродства фото для идентификации мишеней лекарств. J Am Chem Soc. 2016; 138: 14609.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Li Z, Qian L, Li L, Bernhammer JC, Huynh HV, Lee JS, Yao SQ. Химия тетразола Photoclick: повторное исследование его пригодности в качестве биоортогональной реакции и потенциальных приложений. Angew Chem Int Ed. 2016; 55: 2002–6.
CAS Статья Google Scholar
Gygi SP, Rist B, Gerber SA, Turecek F, Gelb MH, Aebersold R. Количественный анализ сложных белковых смесей с использованием аффинных меток, кодированных изотопами. Nat Biotechnol.1999; 17: 994–9.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Shiio Y, Aebersold R. Количественный протеомный анализ с использованием аффинных меток, кодированных изотопами, и масс-спектрометрии. Nat Protoc. 2006; 1: 139–45.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Томпсон А., Шафер Дж., Кун К., Кинле С., Шварц Дж., Шмидт Г., Нойман Т., Джонстон Р., Мохаммед А. К., Хамон К.Тандемные массовые метки: новая стратегия количественной оценки для сравнительного анализа сложных белковых смесей с помощью МС / МС. Anal Chem. 2003; 75: 1895–904.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Росс П.Л., Хуанг Ю.Н., Марчезе Дж. Н., Уильямсон Б., Паркер К., Хаттан С., Хайновски Н., Пиллай С., Дей С., Дэниэлс С. и др. Мультиплексный количественный анализ белка в Saccharomyces cerevisiae с использованием реагентов с аминореактивными изобарными метками. Протеомика клеток Mol.2004. 3: 1154–69.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Raijmakers R, Berkers CR, de Jong A, Ovaa H, Heck AJ, Mohammed S. Автоматизированное последовательное мечение изотопов в режиме онлайн для количественного определения белков применительно к тканеспецифическому разнообразию протеасом. Протеомика клеток Mol. 2008; 7: 1755–62.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Boersema PJ, Raijmakers R, Lemeer S, Mohammed S, Heck AJ. Мультиплексное диметил-мечение стабильных изотопов пептидов для количественной протеомики. Nat Protoc. 2009; 4: 484–94.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Deracinois B, Flahaut C, Duban-Deweer S, Karamanos Y. Сравнительные и количественные глобальные подходы к протеомике: обзор. Протеомы. 2013; 1: 180–218.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Онг С.Е., Благоев Б., Кратчмарова И., Кристенсен Д. Б., Стин Х., Пандей А., Манн М. Мечение стабильных изотопов аминокислотами в культуре клеток, SILAC, как простой и точный подход к протеомике экспрессии. Протеомика клеток Mol. 2002; 1: 376–86.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Онг С.Е., Манн М. Практический рецепт мечения стабильных изотопов аминокислотами в культуре клеток (SILAC). Nat Protoc. 2006; 1: 2650–60.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Yoo YH, Yun J, Yoon CN, Lee JS. Химическая протеомная идентификация Т-пластина как нового фактора ответа клетки-хозяина при инфекции ВГС. Научный доклад 2015; 5: 9773.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Oda Y, Huang K, Cross FR, Cowburn D, Chait BT. Точное количественное определение экспрессии белка и сайт-специфического фосфорилирования.Proc Natl Acad Sci U S. A. 1999; 96: 6591–6.
CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar
Lanucara F, Eyers CE. Количественная протеомика на основе масс-спектрометрии с использованием SILAC. Методы Энзимол. 2011; 500: 133–50.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Онг С.Е., Кратчмарова И., Манн М. Свойства 13C-замещенного аргинина при мечения стабильных изотопов аминокислотами в культуре клеток (SILAC).J Proteome Res. 2003; 2: 173–81.
CAS PubMed Статья Google Scholar
Обнародован коронавирус: микроскопические изображения SARS-CoV-2
В феврале, когда новый коронавирус прокатился по Китаю и закрыл целые города, ученый по имени Сай Ли решил нарисовать его портрет.
В то время лучшие фотографии, которые кому-либо удавалось сделать, были изображениями с низким разрешением, на которых вирус выглядел как еле различимое пятно.
Доктор Ли, структурный биолог из Университета Цинхуа в Пекине, объединил усилия с вирусологами, которые выращивали вирус в лаборатории биобезопасности в городе Ханчжоу. Эти исследователи обработали вирусы химическими веществами, чтобы обезвредить их, а затем отправили доктору Ли.
Затем доктор Ли и его коллеги сконцентрировали зараженную вирусом жидкость от литра до одной капли. Он мог только надеяться, что они сделали все правильно, и недели работы по созданию этой капли не были потрачены впустую.
«В то время вы не знали, что внутри, — сказал доктор Ли. «Это просто жидкость, правда?»
Взгляд на структуру
Доктор Ли осторожно заморозил каплю за доли секунды. Если он допустит малейшую ошибку, кристаллы льда могут пронзить вирусы, разрывая их на части.
Надеясь на лучшее, доктор Ли поместил кусочек льда в криоэлектронный микроскоп. Устройство стреляло пучками электронов в образец. Когда они отскакивали от атомов внутри, доктор.Компьютер Ли реконструировал то, что видел микроскоп. Когда фото сформировалось, он опешил.
«Я увидел экран, полный вирусов», — вспоминает доктор Ли.
Криоэлектронное томографическое изображение вирусов SARS-CoV-2, выделенное серым цветом, с компьютерной реконструкцией одного вируса. Сай Ли, Школа естественных наук Университета Цинхуа
Он видел тысячи коронавирусов, упакованных во льду, как мармелад в банке.Они были прекрасно нетронуты, что позволяло ему исследовать детали вирусов размером менее одной миллионной дюйма.
«Я подумал, что я был первым парнем в мире, который увидел вирус в таком хорошем разрешении», — вспоминает доктор Ли.
В течение следующих недель доктор Ли и его коллеги изучали вирусы. Они исследовали белки, покрывающие его поверхность, и погрузились в его ядро, где генная цепь вируса была свернута с белками. Снимки напомнили Dr.Ли яиц в гнезде.
Компьютерная реконструкция, наложенная на изображение нескольких вирусов SARS-CoV-2. Сай Ли, Школа естественных наук Университета Цинхуа
Благодаря работе таких ученых, как доктор Ли, новый коронавирус, известный как SARS-CoV-2, больше не является шифром. Они познали это в интимных, элементарных деталях. Они обнаружили, как он использует некоторые из своих белков, чтобы проникнуть в клетки, и как его глубоко скрученные гены управляют нашей биохимией.Они наблюдали, как одни вирусные белки бросают ключи в наши клеточные фабрики, в то время как другие строят рассадники для создания новых вирусов. Некоторые исследователи используют суперкомпьютеры для создания законченных виртуальных вирусов, которые они надеются использовать, чтобы понять, как настоящие вирусы распространяются с такой разрушительной легкостью.
«Этот раз не похож ни на что из нашего опыта, только с точки зрения бомбардировки данными», — сказал Ромми Амаро, вычислительный биолог из Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Зондирование шипа
Ранее в этом году д-р Амаро и другие исследователи обратили большое внимание на белки, называемые шипами, которые исследуют поверхность вируса. Белки-шипы выполняют важную функцию: они захватывают клетки в наших дыхательных путях, чтобы вирус мог проникнуть внутрь. Но вскоре выяснилось, что это неправильное название. Белок-спайк не острый, не узкий или жесткий.
Каждый белок-шип соединяется с двумя другими, образуя структуру, напоминающую тюльпан.Длинный стебель прикрепляет белки к вирусу, а их верхушка выглядит как цветок из трех частей.
Герхард Хаммер, вычислительный биофизик из Института биофизики Макса Планка, и его коллеги использовали метод замороженной микроскопии, чтобы сфотографировать белки-шипы, встроенные в вирусную мембрану. Затем они подсчитали, как атомы в белках толкаются и притягиваются друг к другу. Результатом стал молекулярный танец: белки-шипы вращаются на трех шарнирах.
Имитация четырех протеинов-шипов, каждый из которых изгибается на трех шарнирах.Серен фон Бюлов, Матеуш Сикора и Герхард Хаммер, Институт биофизики Макса Планка
«Вы можете увидеть, как эти цветы колышутся под разными углами изгиба», — сказал доктор Хаммер. «Удивительно иметь такой длинный, тонкий стебель с такой гибкостью».
Сахарный щит
Доктор Хаммер предположил, что гибкость шипа была важна для успеха вируса. Размахивая шипом, он увеличивает вероятность столкновения с белком на поверхности наших клеток, который он использует для прикрепления.
Однако, когда они проносятся вокруг, спайки могут быть атакованы антителами, могущественными солдатами нашей иммунной системы. Чтобы спрятаться, они создают щит из сахара. Молекулы сахара, изображенные на флоте внизу, вращаются вокруг белков и скрывают их от антител.
Спайк-белок слева и защитное покрытие из сахаров справа. Лоренцо Казалино и Зиед Гайеб, Amaro Lab, U.C. Сан Диего.
Небольшой крючок на конце белка-шипа, светло-голубой внизу, иногда поднимается над сахарным щитком.Если он сталкивается с определенным белком на поверхности наших клеток, он запускает серию реакций, которые позволяют вирусу слиться с клеточной мембраной и внедрить свои гены.
Привязка к рецептору ACE2, обозначенному желтым цветом, позволяет коронавирусу проникать в клетки человека. Лоренцо Казалино, Amaro Lab, U.C. Сан Диего.
Запутанные петли
Гены нового коронавируса расположены на молекулярной цепи, называемой РНК.10 января китайские исследователи опубликовали последовательность из 30 000 букв. Этот генетический текст хранит информацию, необходимую клетке для производства белков вируса.
Но геном — это больше, чем поваренная книга. Прядь сворачивается в дьявольски сложный клубок. И этот клубок имеет решающее значение для эксплуатации наших клеток вирусом. «У вас хранится гораздо больше информации о том, как она сформирована», — сказала Сильви Рускин, структурный биолог из Института Уайтхеда.
Доктор Рускин возглавил группу ученых, которые нанесли на карту эту форму.В лаборатории строгого режима в Бостонском университете ее коллеги заразили вирусом человеческие клетки и дали им время создать тысячи новых цепей РНК. Помечая генетические буквы на нитях химическими веществами, доктор Рускин и ее коллеги могли определить, как нить складывалась сама по себе.
Небольшая часть генома коронавируса, показывающая, как он складывается в петли. Тэмми К. Т. Лан и др., BioRxiv
Кое-где образовывались лишь короткие боковые петли.В других местах сотни букв РНК раздувались в большие обручи, с отрывающимися петлями и еще большим количеством петель от них. Сравнивая миллионы вирусных геномов, доктор Рускин и ее коллеги обнаружили места, где вирус переходит из одной формы в другую.
Ряд исследователей сейчас внимательно изучают некоторые из этих регионов, чтобы понять, что они делают. Их исследования показывают, что эти узлы позволяют вирусу контролировать наши рибосомы, крошечные клеточные фабрики, выкачивающие белки.
После того, как вирус проникает в человеческую клетку, наши рибосомы прикрепляются к его цепям РНК и скользят по ним, как американские горки, едущие по рельсам. Когда рибосомы проходят через генетические буквы, они создают белки с соответствующими структурами. Ученые подозревают, что петли РНК могут сбить машину с американских горок и затем увести ее в точку, находящуюся за тысячи позиций от нас.
Другие петли заставляют рибосому немного отступить, а затем снова продвинуться вперед.Этот небольшой сбой может привести к тому, что вирус будет производить совершенно разные белки из одного и того же участка РНК.
Заклинивание машин
Вирусные белки, которые выделяются из наших рибосом, распространяются по клетке для выполнения различных задач. Один из них, Nsp1, помогает установить контроль над нашим молекулярным механизмом.
Джозеф Пуглиси, структурный биолог из Стэнфорда, и его коллеги смешали белки Nsp1 и рибосомы в пробирках. Они обнаружили, что белки, выделенные розовым цветом ниже, аккуратно вошли в каналы внутри рибосом, где обычно помещалась РНК.
Рибосома с РНК синим цветом и Nsp1 розовым цветом. Кристофер Лапойнт, медицинская школа Стэнфордского университета. Модели рибосом от Angelita Simonetti et al., Cell Reports и Matthias Thoms et al., Science
Доктор Пуглиси подозревает, что Nsp1 не дает нашим клеткам вырабатывать собственные белки — особенно антивирусные белки, которые могут уничтожить вирус. Но это поднимает вопрос о том, как вирус производит собственные белки.
Одна из возможностей заключается в том, что «каким-то образом вирус просто усиливает свою способность вырабатывать белок», — сказал доктор Пуглиси. Время от времени Nsp1 выпадает из рибосом, и каким-то образом вирус лучше справляется с этой кратковременной возможностью. «Мы надеялись, что это будет что-то простое», — сказал он. «Но, как обычно в науке, этого не было».
Капли и капли
Пока Nsp1 манипулирует рибосомами, другие вирусные белки заняты созданием новых вирусов.Полдюжины различных белков объединяются, чтобы создать новые копии вирусной РНК. Но на этом пути происходит нечто замечательное: вместе белки и РНК спонтанно превращаются в каплю, похожую на каплю в лавовой лампе.
Физикам давно известно, что молекулы в жидкости самопроизвольно образуют капли при подходящих условиях. «Это просто заправка для салата», — сказала Эми Гладфелтер, клеточный биолог из Университета Северной Каролины.
Пара капель, состоящих из белков и РНК, сливаются вместе.Кристин Роден и Эми Гладфелтер, Университет Северной Каролины в Чапел-Хилл
Но только в последние годы биологи обнаружили, что наши клетки регулярно производят капельки для своих собственных целей. Они могут объединять определенные молекулы в высоких концентрациях для проведения особых реакций, блокируя другие молекулы, которые не могут попасть в капли.
Ричард Янг, биолог из Института Уайтхеда, и его коллеги смешали вместе белки SARS-CoV-2, которые вместе с молекулами РНК создают новую РНК.Когда молекулы собираются, они спонтанно образуют капли. Вирус, вероятно, получит те же преимущества, что и клетка, от этой стратегии.
Микроскопическое изображение капель, образованных белками SARS-CoV-2 и РНК. Элиот Коффи и Ричард Янг, Институт биомедицинских исследований Уайтхеда
Учитывая изощренность коронавируса во многих других отношениях, доктор Янг не был удивлен его открытием. «Почему бы вирусам не использовать свойство материи?» он сказал.
Поры и туннели
Коронавирусы могут уговорить человеческие клетки сформировать новые камеры для размещения своего генетического материала. Но когда Монтсеррат Барсена, микроскопист из Медицинского центра Лейденского университета в Нидерландах, осмотрела эти камеры, она была сбита с толку: в мембранах не было отверстий, по которым РНК не проходила внутрь или наружу.
Недавно д-р Барсена и ее коллеги присмотрелись и нашли выход. Один из белков коронавируса, называемый Nsp3, сворачивается в туннель, который затем вставляется в мембраны.
Новые цепочки РНК коронавируса, отмеченные зеленым цветом, накапливаются внутри камер, созданных вирусом. Камеры усыпаны маленькими вирусными белками, отмеченными красным цветом, которые могут быть путями выхода РНК. Монтсеррат Барсена, Медицинский центр Лейденского университета
«Это путь выхода коронавируса», — сказал доктор Барсена. «У нас была эта загадка, и теперь у нас есть ответ».
Сборка новых вирусов
За несколько часов инфицированная клетка может создать тысячи новых вирусных геномов.Рибосомы клетки считывают их гены, извергая еще больше вирусных белков. В конце концов, некоторые из этих белков и новые геномы собираются, чтобы образовать новые вирусы.
Это непростая задача, потому что цепь генов коронавируса в сто раз длиннее самого вируса.
Недавние эксперименты показывают, что SARS-CoV-2 снова использует физику лавовых ламп в своих интересах. Белки, называемые нуклеокапсидами, прикрепляются к пятнам по длине цепи РНК.Вместе молекулы быстро превращаются в капли.
Новые коронавирусы, отмеченные розовым цветом, образуются внутри клеточных пузырьков. Steffen Klein et al., BioRxiv
Доктор Гладфельтер предположил, что эта стратегия предотвращает переплетение двух цепей генов друг с другом. В результате каждый новый вирус заканчивается только одним набором генов.
Эти капельки поглощаются вирусными мембранами и белками-шипами, и новые вирусы готовы покинуть клетку.Чтобы смоделировать эти вирусы до каждого атома, доктор Амаро собирает новые изображения белков и РНК SARS-CoV-2. Затем она и ее коллеги создают виртуальные вирусы на суперкомпьютерах, каждый из которых состоит из полмиллиарда атомов. Затем эти машины могут использовать законы физики для моделирования танца вирусов каждую фемтосекунду: другими словами, миллионную миллиардную долю секунды.
Доктор Амаро и ее коллеги надеются использовать свои смоделированные вирусы, чтобы решить один из самых спорных вопросов о Covid-19: как вирус распространяется от человека к человеку.
Когда инфицированные люди выдыхают, разговаривают или кашляют, они выделяют крошечные капли воды, зараженной вирусами. Неясно, как долго SARS-CoV-2 сможет выжить в этих каплях. Доктор Амаро планирует построить эти капли, вплоть до отдельных молекул воды, на своем компьютере. Затем она добавит вирусы и будет смотреть, что с ними происходит.
Видеотур по моделированному коронавирусу, основанный на новых исследованиях его поверхностных белков. Лоренцо Казалино и Эбигейл Доммер, Amaro Lab, U.К. Сан-Диего
«Я почти уверена, что, вероятно, в течение года мы сможем получить весь вирус, включая все его части», — сказала она.
Лекарства и вакцины
Однако уже сейчас новые фотографии SARS-CoV-2 стали важными для борьбы с пандемией. Разработчики вакцин изучают структуру вируса, чтобы убедиться, что антитела, вырабатываемые вакцинами, прочно сцепляются с вирусом. Разработчики лекарств придумывают молекулы, которые разрушают вирус, проскальзывая в укромные уголки белков и блокируя их механизмы.
Молекула лекарства, выделенная синим цветом, блокирует кончик вспышки коронавируса. Ян Хейдон, Институт дизайна белков.
Геном вируса может предлагать и другие мишени. Лекарства могут цепляться за петли и путаницы, чтобы вирус не контролировал наши рибосомы. «Очень важно, чтобы вы знали, что это за форма, чтобы вы могли разработать правильный химический состав для связывания с этой формой», — сказал доктор Рускин.
ДокторГладфельтер, тем временем, хочет посмотреть, может ли физика вирусных капель предложить новую линию атаки против SARS-CoV-2.
«Вы можете получить состав, который сделает их более липкими, сделает их более желеобразными», — сказала она. «Наверное, много ахиллесовых пят».
Будущие исследования
Хотя за последние несколько месяцев было получено большое количество данных о вирусе, некоторые исследования ясно показали, что потребуются годы, чтобы разобраться в SARS-CoV-2.
Например, Ноам Стерн-Гиноссар и ее коллеги из Института Вейцмана в Израиле нашли доказательства того, что вирус производит белки, которые ученым еще предстоит найти.
Доктор Стерн-Гиноссар и ее коллеги исследовали РНК вируса в инфицированных клетках, подсчитав все рибосомы, которые ее читали. Некоторые рибосомы сгруппированы по известным генам. Но другие читали гены, которые никогда не были обнаружены ранее.
Например, рибосомы иногда считывают только часть гена шипового белка. Предположительно, они делают мини-спайк, который вполне может выполнять какую-то важную работу для вируса. Препарат, который его выводит из строя, может вылечить Covid-19.
Но ученые не могут даже начать догадываться об этих возможностях, потому что никто еще не заметил мини-шип в дикой природе. И то же самое будет верно и для других новых генов, как выяснила команда доктора Стерна-Гиносара.
«Каждому из них потребуется дополнительная работа, чтобы понять, что они делают», — сказала она. «Биология требует времени».
Продюсировал Джонатан Корум.
Исправление: в более ранней версии этой истории неправильно написано имя ученого. Она Монтсеррат Барсена, а не Монстеррат.
Генетически закодированные стратегии высвобождаемого фото-перекрестного связывания для изучения белок-белковых взаимодействий в живых клетках
Amanda, L.G. И Ким, Д.Дж. Белковые взаимодействия и рак: нацеленная на центральную догму. Curr. Вершина. Med. Chem. 11 , 258–280 (2011).
Артикул Google Scholar
Берггард, Т., Линсе, С. и Джеймс, П. Методы обнаружения и анализа белок-белковых взаимодействий. Proteomics 7 , 2833–2842 (2007).
Артикул Google Scholar
Физики, Э.М. и Филдс, С. Белковые взаимодействия: методы обнаружения и анализа. Microbiol. Res. 59 , 94–123 (1995).
CAS Google Scholar
Pham, N.D., Parker, R.B. & Kohler, J.J. Фотокросслинкинг подходы к картированию интерактомов. Curr. Opin. Chem. Биол. 17 , 90–101 (2013).
CAS Статья Google Scholar
Янг, Й., Сонг, Х. и Чен, П.Р. Генетически кодируемые фотокросс-линкеры для идентификации и картирования белок-белковых взаимодействий в живых клетках. IUBMB Life 68 , 879–886 (2016).
CAS Статья Google Scholar
Дэвис, Л.И Чин, Дж. Конструктор белков: приложения расширения генетического кода в клеточной биологии. Нац. Rev. Mol. Cell Biol. 13 , 168–182 (2012).
CAS Статья Google Scholar
Liu, C.C. И Шульц, П. Добавление нового химического состава в генетический код. Annu. Rev. Biochem. 79 , 413–444 (2010).
CAS Статья Google Scholar
Чин, Дж.W. Расширение и перепрограммирование генетического кода клеток и животных. Annu. Rev. Biochem. 83 , 379–408 (2014).
CAS Статья Google Scholar
Li, F. et al. Расширение генетического кода для химии фотокликов в E. coli , клетках млекопитающих и A. thaliana . Angew. Chem. Int. Эд. 52 , 9700–9704 (2013).
CAS Статья Google Scholar
Линь, С.и другие. Сайт-специфическая инженерия химических функций на поверхности живого вируса гепатита D. Angew. Chem. Int. Эд. 52 , 13970–13974 (2013).
CAS Статья Google Scholar
Si, L. et al. Создание вирусов гриппа A в виде живых, но неспособных к репликации вирусных вакцин. Наука 354 , 1170–1173 (2016).
CAS Статья Google Scholar
Престон, Г.W. & Wilson, A.J. Фотоиндуцированное ковалентное сшивание для анализа биомолекулярных взаимодействий. Chem. Soc. Ред. 42 , 3289–3301 (2013).
CAS Статья Google Scholar
Кляйнер, П., Гейденройтер, В., Шталь, М., Коротков, В.С. & Sieber, S.A. Полный перечень протеомов связывания фонового фотошерлинкера. Angew. Chem. Int. Эд. 56 , 1396–1401 (2017).
CAS Статья Google Scholar
Winnacker, M., Breeger, S., Strasser, R. & Carell, T. Новые диазиринсодержащие фотоаффинные ДНК-зонды для исследования взаимодействий ДНК-белок. ChemBioChem 10 , 109–118 (2009).
CAS Статья Google Scholar
Ай, Х.-В., Шен, В., Саги, А., Чен, П.Р. и Шульц, П.G. Исследование межбелковых взаимодействий с генетически кодируемой фотосшивающей аминокислотой. ChemBioChem 12 , 1854–1857 (2011).
CAS Статья Google Scholar
Чин, Дж.У., Мартин, А.Б., Кинг, Д.С., Ван, Л. и Шульц, П.Г. Добавление фотосшивающей аминокислоты к генетическому коду Escherichia coli . Proc. Natl. Акад. Sci. США 99 , 11020–11024 (2002).
CAS Статья Google Scholar
Чин, Дж. У. и другие. Добавление п-азидо-1-фенилаланина в генетический код Escherichia coli . J. Am. Chem. Soc. 124 , 9026–9027 (2002).
CAS Статья Google Scholar
Типпманн, Э.М., Лю, В., Саммерер, Д., Мак, А.В. И Шульц, П. Генетически кодируемый диазириновый фотосшивающий агент в Escherichia coli . ChemBioChem 8 , 2210–2214 (2007).
CAS Статья Google Scholar
Zhang, M. et al. Генетически включенный сшивающий агент обнаруживает сотрудничество шаперонов в устойчивости к кислоте. Нац. Chem. Биол. 7 , 671–677 (2011).
CAS Статья Google Scholar
Янагисава Т. и др. Широкое фотоперекрестное сшивание белков достигается с помощью генетически кодируемого производного N (эпсилон) — (бензилоксикарбонил) лизина с диазиринильным фрагментом. Мол. BioSyst. 8 , 1131–1135 (2012).
CAS Статья Google Scholar
Hino, N. et al. Фотоперекрестное связывание белков в клетках млекопитающих путем сайт-специфического включения фотореактивной аминокислоты. Нац. Методы 2 , 201–206 (2005).
CAS Статья Google Scholar
Фрейнкман, Э., Чнг, С.-S. & Kahne, D. Комплекс, который вводит липополисахарид в бактериальную внешнюю мембрану, образует двухбелковый плагин. Proc. Natl. Акад. Sci. США 108 , 2486–2491 (2011).
CAS Статья Google Scholar
Hino, N. et al. Генетическое включение фото-сшиваемой аминокислоты обнаруживает новые белковые комплексы с GRB2 в клетках млекопитающих. J. Mol. Биол. 406 , 343–353 (2011).
CAS Статья Google Scholar
Coin, I. et al. Генетически кодируемые химические зонды в клетках выявляют путь связывания урокортина-I с CRF класса B GPCR. Cell 155 , 1258–1269 (2013).
CAS Статья Google Scholar
Фаррелл, И.С., Торони, Р., Хазен, Дж. Л., Мель, Р.А. И Чин, Дж. Фото-перекрестное связывание взаимодействующих белков с генетически кодируемым бензофеноном. Нац. Методы 2 , 377–384 (2005).
CAS Статья Google Scholar
Хино, Н., Хаяси, А., Сакамото, К. и Йокояма, С. Сайт-специфическое включение неприродных аминокислот в белки в клетках млекопитающих с расширенным генетическим кодом. Нац. Protoc. 1 , 2957–2962 (2006).
CAS Статья Google Scholar
Лэйси, В.К., Луи, Г.В., Ноэль, Дж. П. и Ван, Л. Расширение библиотеки и разнообразия субстратов пирролизил-тРНК синтетазы для включения неприродных аминокислот, содержащих конъюгированные кольца. ChemBioChem 14 , 2100–2105 (2013).
CAS Статья Google Scholar
Ai, X., Mu, J. & Xing, B. Последние достижения световой тераностики. Theranostics 6 , 2439–2457 (2016).
CAS Статья Google Scholar
Barber, D.M. и другие. Оптический контроль нейрональной активности с помощью светового открывателя каналов GIRK (LOGO). Chem. Sci. 7 , 2347–2352 (2016).
CAS Статья Google Scholar
Judkins, J.C. et al. Фоторасщепляемый замаскированный лиганд ядерного рецептора позволяет контролировать C.elegans разработка. Angew. Chem. Int. Эд. 53 , 2110–2113 (2014).
CAS Статья Google Scholar
Минден Дж. Сравнительная протеомика и разностный гель-электрофорез. BioTechniques 43 , 739–745 (2007).
CAS Статья Google Scholar
Zhang, S. et al. Сравнительная протеомика выявляет отчетливые взаимодействия шаперон-клиент в поддержке устойчивости бактерий к кислоте. Proc. Natl. Акад. Sci. США 113 , 10872–10877 (2016).
CAS Статья Google Scholar
Lin, S. et al. Генетически кодируемый фото-кросс-линкер расщепляемого белка. J. Am. Chem. Soc. 136 , 11860–11863 (2014).
CAS Статья Google Scholar
Yang, Y. et al. Генетически кодируемый белок-сшивающий агент с переносимой меткой, идентифицируемой масс-спектрометрией. Нац. Commun. 7 , 12299 (2016).
CAS Статья Google Scholar
Шигдел, Соединенное Королевство, Чжан, Дж. И Хе, С. Зонды для фото-перекрестного связывания ДНК на основе диазирина для исследования взаимодействий белок-ДНК. Angew. Chem. Int. Эд. 47 , 90–93 (2008).
CAS Статья Google Scholar
Гадживала, К.С. и Берли, С. HDEA, периплазматический белок, который поддерживает кислотную устойчивость патогенных кишечных бактерий. J. Mol. Биол. 295 , 605–612 (2000).
CAS Статья Google Scholar
Hong, W. et al. Периплазматический белок HdeA проявляет шапероноподобную активность исключительно в диапазоне pH желудка, трансформируясь в неупорядоченную конформацию. J. Biol. Chem. 280 , 27029–27034 (2005).
CAS Статья Google Scholar
Tapley, T.L., Franzmann, T.M., Chakraborty, S., Jakob, U. & Bardwell, J.C. Рефолдинг белка за счет связывания и высвобождения шаперона, вызываемого pH. Proc. Natl. Акад. Sci. США 107 , 1071–1076 (2010).
CAS Статья Google Scholar
Кройер, Т., Сава, Дж., Хубер, Р. и Клаузен, Т.Протеазы HtrA имеют консервативный механизм активации, который может запускаться различными молекулярными сигналами. Нац. Struct. Мол. Биол. 17 , 844–852 (2010).
CAS Статья Google Scholar
Dunham, W.H., Mullin, M. & Gingras, A.-C. Аффинная очистка в сочетании с масс-спектрометрией: основные принципы и стратегии. Протеомика 12 , 1576–1590 (2012).
CAS Статья Google Scholar
Синз, А.Исследование белок-белковых взаимодействий в живых клетках методами химического сшивания и масс-спектрометрии. Анал. Биоанал. Chem. 397 , 3433–3440 (2010).
CAS Статья Google Scholar
Риннер, О. и др. Идентификация сшитых пептидов из больших баз данных последовательностей. Нац. Методы 5 , 315–318 (2008).
CAS Статья Google Scholar
Ян, Б.и другие. Идентификация сшитых пептидов из сложных образцов. Нац. Методы 9 , 904–906 (2012).
CAS Статья Google Scholar
Маковски М.М., Виллемс Э., Янсен П.В. & Vermeulen, M. Сшивающая иммунопреципитация-МС (xIP-MS): топологический анализ хроматин-ассоциированных белковых комплексов с использованием очистки с одной аффинностью. Мол. Cell Proteomics 15 , 854–865 (2016).
CAS Статья Google Scholar
Shi, Y. et al. Стратегия анализа архитектуры нативных макромолекулярных сборок. Нац. Методы 12 , 1135–1138 (2015).
CAS Статья Google Scholar
Dingar, D. et al. BioID идентифицирует новых взаимодействующих партнеров c-MYC в культивируемых клетках и опухолях ксенотрансплантата. J. Proteomics 118 , 95–111 (2015).
CAS Статья Google Scholar
Loh, K.H. и другие. Протеомный анализ неограниченных клеточных компартментов: синаптических щелей. Cell 166 , 1295–1307 (2016).
CAS Статья Google Scholar
Rhee, H.W. и другие. Протеомное картирование митохондрий в живых клетках с помощью пространственно ограниченного ферментативного мечения. Наука 339 , 1328–1331 (2013).
CAS Статья Google Scholar
Roux, K.J., Kim, D.I., Raida, M. & Burke, B. Беспорядочный гибридный белок с биотин-лигазой идентифицирует проксимальные и взаимодействующие белки в клетках млекопитающих. J. Cell Biol. 196 , 801–810 (2012).
CAS Статья Google Scholar
Краватт, Б.Ф., Райт, А. И Козарич, Дж. Профилирование белков на основе активности: от химии ферментов до протеомной химии. Annu. Rev. Biochem. 77 , 383–414 (2008).
CAS Статья Google Scholar
Li, Z. et al. Дизайн и синтез минималистичных терминальных алкинсодержащих диазириновых фото-кросслинкеров и их включение в ингибиторы киназ для профилирования протеома на основе клеток и тканей. Angew. Chem. Int. Эд. 52 , 8551–8556 (2013).
CAS Статья Google Scholar
Peng, T. & Hang, H.C. Бифункциональный химический репортер жирных кислот для анализа S-пальмитоилированных мембранных белок-белковых взаимодействий в клетках млекопитающих. J. Am. Chem. Soc. 137 , 556–559 (2015).
CAS Статья Google Scholar
Кэри, М.Ф., Петерсон, К. И Смейл, С. ПЦР-опосредованный сайт-направленный мутагенез. Cold Spring Harb. Protoc. 2013 , 738–742 (2013).
PubMed Google Scholar
Reid, T. et al. Rhotekin, новая предполагаемая мишень для Rho, несущая гомологию с серин / треонинкиназой, PKN и рофилином в Rho-связывающем домене. J. Biol. Chem. 271 , 13556–13560 (1996).
CAS Статья Google Scholar
Fu, Q.и другие. Молекулярное клонирование, характеристика экспрессии и сопоставление нового предполагаемого ингибитора активности Rho GTPase, RTKN, с D2S145 – D2S286. Genomics 66 , 328–332 (2000).
CAS Статья Google Scholar
Тумкео Д., Ватанабе С. и Нарумия С. Физиологические роли эффекторов Rho и Rho у млекопитающих. Eur. J. Cell Biol. 92 , 303–315 (2013).
CAS Статья Google Scholar
Ихара, К.и другие. Кристаллическая структура RhoA человека в преимущественно активной форме в комплексе с аналогом GTP. J. Biol. Chem. 273 , 9656–9666 (1998).
CAS Статья Google Scholar
Танну, Н.С. И Хемби, С. Двумерный гель-электрофорез с разностной флуоресценцией для сравнительного протеомного профилирования. Нац. Protoc. 1 , 1732–1742 (2006).
CAS Статья Google Scholar
Пауло, Дж.A. Подготовка образца для протеомного анализа с использованием стратегии GeLC-MS / MS. J. Biol. Методы 3 , e45 (2016).
Артикул Google Scholar
Kern, R., Malki, A., Abdallah, J., Tagourti, J. & Richarme, G. Escherichia coli HdeB является шапероном кислотного стресса. J. Bacteriol. 189 , 603–610 (2007).
CAS Статья Google Scholar
Дворский, р., Блюменштейн, Л., Веттер, И. И Ахмадиан, М.Р. Структурное понимание взаимодействия ROCKI с переключаемыми регионами RhoA. J. Biol. Chem. 279 , 7098–7104 (2004).
CAS Статья Google Scholar
Nikic, I., Kang, J.H., Girona, G.E., Aramburu, I.V. И Лемке, Э.А. Маркировка белков на живых клетках млекопитающих с помощью химии щелчков. Нац. Protoc. 10 , 780–791 (2015).
CAS Статья Google Scholar
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:
- В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
- Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
- Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
- Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
- Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.
Под электронным микроскопом — трехмерное изображение отдельного белка
Когда Ганг Рен вращает элементы управления своего криоэлектронного микроскопа, он сравнивает это с точной настройкой переключения передач и тормозов гоночного велосипеда. Но эта машина в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США (DOE) немного сложнее. Он стоит почти 1,5 миллиона долларов, работает при низкой температуре жидкого азота и позволяет ученым увидеть то, что никто раньше не видел.
В Molecular Foundry, известном центре нанотехнологических исследований лаборатории Беркли, Рен довел свой микроскоп Zeiss Libra 120 Cryo-Tem до разрешений, которые никогда не предполагались его немецкими производителями, и сделал подробные снимки отдельных молекул. Сегодня он и его коллега Лэй Чжан сообщают о первых трехмерных изображениях отдельного белка, когда-либо полученных с достаточной четкостью, чтобы определить его структуру.
3-D изображения одной частицы (A) серия изображений частицы белка ApoA-1, снятых под разными углами, как указано.Последовательность четырех компьютерных улучшений (проекций) уточняет сигнал. В правом столбце 3-D изображение, составленное из уточненных данных. Б) — крупный план восстановленного трехмерного изображения. C) Анализ показывает, как структура частиц образована тремя белками ApoA-1 (красный, зеленый, синий модели, похожие на лапшу)
Ученые обычно создают модели белков с помощью дифракции рентгеновских лучей, ядерного магнитного резонанса и получения изображений с помощью обычного криоэлектронного микроскопа (криоЭМ). Но эти модели требуют компьютерного «усреднения» данных анализа тысяч или даже миллионов подобных молекул, потому что так трудно определить особенности одной частицы.Рен и Чжан сделали именно это, создав подробные модели с использованием электронных микроскопических изображений одного белка.
Он называет свою технику «электронной томографией отдельных частиц» или IPET. Работа описана в выпуске от 24 января PLoS One , научного журнала с открытым исходным кодом, в статье, озаглавленной «IPET и FETR: экспериментальный подход к изучению динамики молекулярной структуры с помощью криоэлектронной томографии структуры одной молекулы. ”
Трехмерные изображения, представленные в статье, включают изображения одного антитела IgG и аполипопротеина A-1 (ApoA-1), белка, участвующего в метаболизме человека.Цель Рена — создать индивидуальные трехмерные изображения важных с медицинской точки зрения белков, таких как ЛПВП — защитный для сердца «хороший холестерин», структура которого ускользнула от усилий легионов ученых, вооруженных гораздо более мощными инструментами моделирования белков. «Мы идем полным ходом, — говорит Рен.
У Рена есть верительные грамоты того, кто знает, на что он способен. Он был принят на работу в лабораторию Беркли в августе 2010 года из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, где он использовал криоэлектронный микроскоп и более традиционные методы усреднения, чтобы различить трехмерную структуру ЛПНП — идею «плохого холестерина». быть основным фактором риска сердечных заболеваний.
Его изображения отдельных белков немного нечеткие, даже после того, как они были очищены сложной компьютерной фильтрацией, но очень информативны для обученного наблюдателя. Эти отдельные частицы необычайно крошечные, поэтому требуется, чтобы Ren обнулялся на участке размером менее 20 нанометров. Он сообщил об изображениях белков размером до 70 кДа. Это килодальтон, лилипутская шкала (выраженная в единицах массы), выделенная для измерения атомов, молекул и фрагментов ДНК. Это более удобный способ определения размера мягких объектов, таких как белки, которые могут быть слипшимися, волокнистыми или гибкими.
В отличие от скульптурных изображений моделей белков, набор этих фотографий может передать ощущение этих частиц во всей их наноразмерной гибкости. В сложной структуре этих белков кроются секреты их функции и, возможно, ключи к лекарствам, которые блокируют плохие и продвигают хорошие. С помощью некоторой дополнительной компьютерной фильтрации можно создать высококонтрастную модель белка из изображений и анимировать, чтобы показать его движущиеся части в 3-D.
Компьютерная анимация демонстрирует гибкую динамику — движущиеся части — человеческого антитела IgG.Трехмерные изображения двух отдельных частиц антител (серые) были получены с использованием ЭМ томографии с IPET. Демонстрация показывает, как одни и те же молекулярные цепи (красные, оранжевые и зеленые модели, похожие на лапшу) частицы антитела № 1 могут точно соответствовать частице № 2, которая была обнаружена под микроскопом в совершенно другой позе.
«Это позволяет увидеть индивидуальность каждого белка», — говорит Рен. «Это доказательство концепции того, что люди считали невозможным».
Наблюдая за структурой отдельных белков, можно понять их гибкие движущиеся части.«Это открывает дверь для изучения динамики белка», — говорит Рен. «Антитела, например, не твердые. Они очень гибкие, очень динамичные ».
Как Рен смог добиться такой универсальности в своей Libra 120? «Это не самая дорогая модель», — признает он. Многое связано с аксессуарами, которые он прикрепляет к машине, а также с его собственным артистизмом и терпением. Он оснастил микроскоп CCD-камерой стоимостью 300 000 долларов, мощным программным обеспечением для обработки изображений, специальными контрастирующими веществами и устройством, называемым «энергетическим фильтром», которое фильтрует оцифрованные данные камеры и отсеивает слабые сигналы.Тщательно знакомый со своей настроенной машиной, он также использует элемент смазки для локтей, работая долгие часы, чтобы извлекать мощные изображения из потока цифрового шума.
Несколько углов, используемых для создания трехмерного портрета, помогают разрешить слабое молекулярное изображение. «Все изображения зашумлены», — объясняет Рен. «В физике шум несовместим между изображениями, но сигнал — объект или белок — согласован. Используя этот подход, мы находим, что согласованная часть (сигнал) может быть улучшена, а несогласованная часть (шум) будет существенно уменьшена.”
Электронные микроскопы фокусируют потоки электронов, а не свет, чтобы увидеть невероятно крошечные предметы. Короткая длина волны электронного луча обеспечивает гораздо более высокое разрешение и увеличение, чем видимый свет. Мощные электронные микроскопы десятилетиями использовались для исследования материалов на атомном уровне; а по соседству с Молекулярной литейной находится Национальный центр электронной микроскопии лаборатории Беркли, в котором находятся самые мощные микроскопы в мире. Микроскоп TEAM 0.5 может различать объекты размером с радиус атома водорода.Но эти тяжелые микроскопы демонстрируют разрешение атомного масштаба с импульсами энергии, которые уничтожают самые мягкие биологические белки. Электронные микроскопы большой мощности используются в основном для исследования атомной структуры прочных твердых материалов, таких как графен — решетка углерода толщиной всего в один атом.
Штатный научный сотрудник Ган Рен (стоит) и его коллега-постдок Лэй Чжан могут проверять изображения отдельных белков с помощью своего криоэлектронного микроскопа в Молекулярной литейной лаборатории Беркли.
Рена специализируется на криоЭМ, которая исследует объекты, замороженные при температуре -180 ° C (-292 ° F). Ванна с жидким азотом мгновенно замораживает образцы так быстро, что кристаллы льда не образуются. «Он аморфный, как стекло», — говорит Рен. Образцы белка замораживают на диске размером с ноготь ребенка, заполненном крошечными лунками диаметром 2 микрона. Диск вставляется в микроскоп на вращающейся опоре, которая может наклонять образец до 140 ° в вакууме — достаточные углы камеры для создания трехмерной перспективы.«Задача состоит в том, чтобы изолировать его от воздуха и повернуть без вибраций, даже от колебаний жидкого азота», — говорит Рен.
Чрезвычайно низкая температура фиксирует образцы и предотвращает их высыхание в вакууме, необходимом для электронного сканирования. Он создает условия, благоприятные для получения изображений при гораздо более низких дозах электронов — достаточно низких, чтобы сохранить неповрежденным один мягкий белок, в то время как более 100 изображений снимаются за период от одного до двух часов.
Работа поддержана фондом U.S. Министерство энергетики, Управление науки, Управление фундаментальных энергетических наук (контракт № DE-AC02-05Ch21231)
# #
Национальная лаборатория Лоуренса Беркли решает самые насущные мировые научные проблемы, продвигая устойчивую энергетику, защищая здоровье человека, создавая новые материалы и раскрывая происхождение и судьбу Вселенной. Основанная в 1931 году, лаборатория Беркли получила 13 Нобелевских премий. Калифорнийский университет управляет лабораторией Беркли для университета США.S. Управление науки Министерства энергетики США. Для получения дополнительной информации посетите www.lbl.gov.
.