О важности белков, жиров и углеводов в процессах жизнедеятельности знают многие. Вместе с тем для живых организмов не меньшую роль играют так называемые гетероциклические соединения (гетероциклы) — органические соединения, содержащие циклы, в состав которых наряду с углеродом входят и другие элементы. Гетероциклы играют важную роль в химии природных соединений и биохимии, многие из них (хинин, морфин, пирамидон) являются лекарственными веществами.
Кроме того, будучи широко распространены в живой природе, гетероциклы могут быть ценными красителями (индиго), выполнять функции структурообразующих полимеров (производные целлюлозы) или же использоваться в производстве пластмасс и при вулканизации каучука.
Исследованиям одного из таких гетероциклических соединений — имидазола, который является боковым остатком аминокислоты гистидин в молекулах белков, — посвящена статья, опубликованная на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Science.
Структура и молекула имидазола (С3H4N2)
Одним из авторов публикации является Юрий Воробьев, главный научный сотрудник Новосибирского института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, который рассказал «Газете.Ru» подробнее о работе.
– В чем практический результат данной работы?
– Это понимание фундаментальных основ функционирования биополимеров, что открывает возможность конструирования более эффективных ферментов для биотехнологий или воздействия на фермент с помощью малых молекул, т. е. создания лекарственных препаратов.
– В чем заключается суть вашей работы?
– Аминокислота гистидин обладает уникальными свойствами (её боковая группа – имидазол – способна принимать протон, становясь положительно заряженной, или переносить протон с одного атома азота Nδ на другой атом Nε, оставаясь нейтрально заряженной). Равновесие и относительное содержание разных форм имидазола зависят от трехмерной структуры молекулы белка, концентрации протонов в растворе и свойств самого растворителя (полярность, соль, температура и т.п.) Аминокислота гистидин (иногда их может быть несколько) находится в активных центрах большинства ферментов и белков, являющихся протонными насосами, регулирующими концентрацию протонов в живой клетке, т.е. кислотность среды.
Определение относительного содержания разных форм имидазола – нерешенная задача, важная для понимания механизма функционирования ферментов, что, как было сказано выше, имеет большое практическое значение.
Наша работа предлагает методику расчета наиболее вероятных состояний имидазола в зависимости от 3D-структуры молекулы белка и характеристик окружающей среды. Расчет осуществляется путем сочетания расчета вероятности протонирования имидазола и экспериментальной информации о химических сдвигах атомов углерода в кольце имидазола.
– В чем состоит ваш вклад в работу, опубликованную в PNAS?
– Мой вклад – это разработка метода и компьютерной программы для расчета электростатических эффектов в биополимерах, в частности, расчета степени ионизации групп молекулы белка. Эти расчеты выполнены мной и являются одним из элементов работы в PNAS.
– Расскажите подробнее о международном коллективе ученых, который работал над статьей. Когда началось сотрудничество, какие планы на будущие исследования?
– Профессор Харольд Шерага является одним из первых основателей исследований принципов строения 3D-структуры молекул белков на основе физических взаимодействий между атомами молекулы белка и окружающим раствором. На протяжении последних 50 лет он возглавляет группу теоретиков и экспериментаторов в Корнельском университете штата Нью-Йорк, город Итака. Я впервые приехал к нему в 1990 году, четыре года работал в этой лаборатории и далее шесть лет работал в другой группе – в университете Северной Каролины в Чапел-Хилл, фактически продолжая сотрудничество с профессором Шерагой.
В 2001 году я вернулся в Новосибирск и продолжаю сотрудничество с коллегами из группы профессора Шераги.
Первый автор нынешней работы – Хорхе Вилья из Аргентины, мы с ним знакомы с 1991 года. Еще один соавтор, Елена Арнаутова – россиянка, она закончила МГУ, но в России не смогла закрепиться, работает в США уже более 10 лет. В течение последних 5 лет нами в этом авторском составе опубликованы несколько статей. Совместные работы будут продолжаться, поскольку мы взаимно дополняем свои возможности.
– Вы несколько лет работали за границей, сейчас же работаете в России. Согласны ли вы с утверждением, что в российской науке сейчас настали трудные времена? Или же вам удается нормально заниматься наукой именно в России, не думая о работе за границей?
– Трудные времена, я думаю, остались позади, в 1990-х, когда действительно работать было невозможно, не было необходимых компьютеров, приборов, реактивов и достойной зарплаты. Лично мне более комфортно сейчас работать в России, как доктору наук и главному научному сотруднику.
Проблем, конечно, много. Важнейшая – это финансирование работ аспирантов и возможность их материальной поддержки. Финансирование через гранты неустойчиво и, мягко говоря, не всегда справедливо их распределение, т. к. не прозрачен этап рецензирования и экспертной оценки грантов. Есть лаборатории, в которых с грантами все в порядке. Но в целом проблема устойчивой и постоянной подготовки аспирантов не решается в должной степени ни академией наук, ни правительством.
В США аспирант в состоянии жить на аспирантскую стипендию. В России это невозможно. Поэтому многие молодые и уезжают, поскольку не находят в России надежных перспектив.
