Установка для выращивания кристаллов белков в земных и космических условиях с активным управлением процессом кристаллизации

Установка для выращивания кристаллов белков в земных и космических условиях…

УДК 532.78

Установка для выращивания кристаллов белков

в земных и космических условиях с активным

управлением процессом кристаллизации

, И.Н. Радченко

, Б.Г. Захаров

, В.И. Стрелов

Калужский филиал МГТУ им. Н.Э. Баумана, Калуга, 248000, Россия

Филиал Института кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН НИЦ

«Космическое материаловедение», Калуга, 248640, Россия

Кристаллизация биоматериалов в настоящее время необходима в биологии и меди-

цине для определения пространственных структур органических молекул кристал-

лографическими методами, что в дальнейшем позволяет проводить как синтез но-

вых веществ с требуемыми свойствами, так и решать некоторые фундаменталь-

ные вопросы функционирования живых систем в целом. Одним из важнейших

факторов, определяющих успех этих исследований, являются процессы роста био-

кристаллов, осуществляемые не только в наземных, но и в космических эксперимен-

тах. Способ температурного управления процессами кристаллизации белка являет-

ся значительно более технологичным и более эффективным для выращивания высо-

косовершенных кристаллов по сравнению с традиционными методами, при этом

исключается конвекция в растворе, а также практически устраняется влияние

вибраций на процессы кристаллизации, и таким образом в земных условиях обеспе-

чивается максимально возможное приближение к диффузионным условиям тепло-

массопереноса в растворе белка, а в космических условиях — диффузионный режим,

т. е. условия самоорганизации макромолекул белка при встраивании их в кристалли-

ческую решетку. При этом процесс кристаллизации макромолекул становится

управляемым и воспроизводимым. На основе проведенного анализа сделан вывод о

необходимости создания автоматизированной установки с управлением темпера-

турой процессов зарождения и кристаллизации белков как наиболее эффективной

для получения высокосовершенных белковых кристаллов. На основе разработанной

простой по конструкции маломассогабаритной установки-кристаллизатора прове-

дена серия экспериментов по успешному получению качественных кристаллов белка

лизоцима.

Ключевые слова:

белок, кристалл, рост, управление, математическое моделиро-

вание.

Введение.

Кристаллы белков используют для определения про-

странственной структуры этих сложных молекул методом рентгено-

структурного анализа. Данные о пространственной структуре необ-

ходимы для разработки эффективных лекарственных средств нового

поколения и изучения механизмов развития заболеваний. Несмотря

на значительные успехи, достигнутые в последнее время в методах

получения пригодных для рентгеноструктурного анализа белковых

кристаллов, именно стадия кристаллизации до сих пор остается