Ученые из Университета Вашингтона, Университета Канадзавы и их коллеги обнаружили фундаментальный пробел в понимании того, как работают белки. Оказывается, вода на поверхности этих молекул — это не просто пассивная среда, а высокоорганизованная структура, которая сама по себе является частью биологического механизма, пишет Phys.org.
Считалось, что свойства белка определяются только его аминокислотной последовательностью и трехмерной формой. Однако международная группа исследователей доказала, что существует и третий компонент — упорядоченная гидратационная оболочка. Вода вблизи поверхности белка организована в сложные многослойные структуры, которые зависят от химического состава самой молекулы.
Молекулярная структура и 3D-AFM визуализация самоорганизующихся гидратационных оболочек додекапептида.
Используя передовую трехмерную атомно-силовую микроскопию (3D-AFM), ученые смогли визуализировать эти водные слои с разрешением менее нанометра. Оказалось, что молекулы воды образуют специфические узоры вокруг различных участков белка, фактически становясь продолжением его структуры. Исследователи назвали эту связку «белковой надструктурой».
«Наши результаты показывают, что белки нельзя полностью понять, опираясь только на последовательность и структуру. Высокоспецифическая архитектура гидратации, по-видимому, является частью их функциональной идентичности», — говорит профессор Мехмет Сарикая.
Надмолекулярные комплексы пептидов GrBP5-WT в водной среде.
Открытие объясняет, почему даже самые мощные алгоритмы искусственного интеллекта иногда ошибаются при прогнозировании функций белков. Теперь ясно, что для полного понимания работы ферментов необходимо учитывать скрытую энергию водной оболочки. Доктор Такеши Фукума подчеркивает, что именно эта невидимая сеть взаимодействий позволяет белкам сворачиваться правильно и распознавать другие молекулы.