Неожиданное открытие: белок может проводить электричество

Белки, строительные блоки клеток, часто считаются инертными. Но учёные обнаружили белок с удивительной функцией: он проводит электричество.

Если это открытие будет должным образом исследовано и использовано, у нас может появиться мощный диагностический инструмент для медицинских целей, способный идентифицировать отдельные молекулы белка с помощью небольшого электрического тока.

Исследование заняло у учёных из Университета штата Аризона четыре года. Они кропотливо проверяли и перепроверяли свою работу, выдвигали различные гипотезы и искали объяснения каждой из них. В конце концов, они пришли к выводу, что действительно нашли белок, способный проводить электричество.

«Если то, что мы думаем, правда, это будет большим сюрпризом», — сказал доктор Стюарт Линдси, руководитель исследования. «Наше исследование, по сути, проверяет гипотезы на основе имеющихся данных и исключает всё, что считается ложным».

Во-первых, Линдсей и его команда разработали считыватель для небольших ДНК и аминокислот, который может разделять отдельные молекулы между электродами — технология, известная как «туннелирование распознавания».

Добившись успеха с отдельными молекулами, команда продвинулась дальше. Они задались вопросом, можно ли с помощью того же электрического импульса идентифицировать целые белки. Исследователи использовали клей, содержащий белок alphaVbeta3, для соединения двух электродов и обнаружили, что этот белок обладает высокой проводимостью.

Белки могут проводить электричество.

В последующие годы команда пыталась найти подходящее объяснение этому явлению. Было предложено множество гипотез, например, «электронные прыжки» — электроны могут преодолевать большие расстояния между атомами. Но эти объяснения не соответствовали экспериментальным данным.

Затем Линдси наткнулся на работу биофизика-теоретика Габора Ваттая из Университета Лоранда Этвёша в Венгрии. Ваттай предложил квантово-механическую идею о том, что белки находятся в состоянии равновесия между проводимостью и изоляцией электричества.

Электрическая вибрация может активировать белок, превращая его в электрический проводник или изолятор, сказал Ваттай. Это, по-видимому, соответствует экспериментам, проводимым Линдси и его коллегами.

«В наших экспериментах мы наблюдали странное поведение огромного количества электропроводящего белка, — говорит Линдси. — Оно не статично, а динамично. Мы знаем, что обычно белки являются изоляторами, но при наличии вибраций они меняются».

Учёные пришли к следующему выводу: распределение энергетических уровней белка можно представить тремя кривыми. Одна кривая представляет металлическое или проводящее состояние, другая — изолирующее, а средняя кривая — квантовое состояние между этими двумя свойствами.

С помощью Vattay и некоторых суперкомпьютерных моделей исследователям удалось интегрировать белок alphaVbeta3 в квантовое состояние. В ходе тщательно подготовленных экспериментов учёные создали устройство, которое включает и выключает электропроводность белка.

Пока учёные осторожны в своих выводах. Они протестировали только один белок, и существует множество других белков со схожими свойствами, которые им ещё предстоит объяснить. Будем надеяться, что будущие исследования смогут заполнить эти пробелы.

«Мы практически удалили все сомнительные источники из данных, но всё равно обнаружили большое количество проводящих белков. Они остались там и приобрели новые свойства. Это было потрясающе!» — сказала Линдси.

Ожидается, что понимание свойств белков откроет потенциальные возможности их применения в медицине. Полная версия исследования опубликована в журнале Nano Futures.

По данным Khoahoc.tv