Установка для выращивания кристаллов белков в земных и космических условиях с активным управлением процессом кристаллизации
Авторы: Безбах И.Ж., Радченко И.Н., Захаров Б.Г., Стрелов В.И.
Опубликовано в выпуске: #1(37)/2015
DOI: 10.18698/2308-6033-2015-1-1357
Раздел: Фундаментальные науки | Рубрика: Физика
Кристаллизация биоматериалов в настоящее время необходима в биологии и медицине для определения пространственных структур органических молекул кристаллографическими методами, что в дальнейшем позволяет проводить как синтез новых веществ с требуемыми свойствами, так и решать некоторые фундаментальные вопросы функционирования живых систем в целом. Одним из важнейших факторов, определяющих успех этих исследований, являются процессы роста биокристаллов, осуществляемые не только в наземных, но и в космических экспериментах. Способ температурного управления процессами кристаллизации белка является значительно более технологичным и более эффективным для выращивания высокосовершенных 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 обеспечивается максимально возможное приближение к диффузионным условиям тепломассопереноса в растворе белка, а в космических условиях - диффузионный режим, т.е. условия самоорганизации макромолекул белка при встраивании их в кристаллическую решетку. При этом процесс кристаллизации макромолекул становится управляемым и воспроизводимым. На основе проведенного анализа сделан вывод о необходимости создания автоматизированной установки с управлением температурой процессов зарождения и кристаллизации белков как наиболее эффективной для получения высокосовершенных белковых кристаллов. На основе разработанной простой по конструкции маломассогабаритной установки-кристаллизатора проведена серия экспериментов по успешному получению качественных кристаллов белка лизоцима.
Литература
[1] Куранова И.П. Кристаллизация белков на Земле и в невесомости. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2004, № 6, с. 4-12.
[2] Chayen N.E. Turning protein crystallization from an art into a science. Current Opinion in Structural Biology, 2004, vol. 14, pp. 577-583.
[3] Безбах И.Ж., Косушкин В.Г., Захаров Б.Г. Стрелов В.И., Артемьев В.К., Гинкин В.П., Фоломеев В.И. Оптимизация роста кристаллов белков с применением метода теплового управления. Методы исследования и проектирования сложных технических систем: сб. ст. (Труды МГТУ № 592), Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006, с. 18-26.
[4] Rosenberger F., Howard S.B., Sowers J.W., Nyce T.A. Temperature dependence of protein solubility - determination and application to crystallization in X-ray capillaries. Journal of Crystal Growth, 1993, vol. 129, pp. 1-12.
[5] Luft J.R., Rak D.M., De Titta G.T. Microbatch macromolecular crystallization on a thermal gradient. Journal of Crystal Growth, 1999, vol. 196, pp. 447-449.
[6] Стрелов В.И., Захаров Б.Г., Безбах И.Ж., Сосфенов Н.И. Кристаллизация белка лизоцима в прецизионно-управляемом градиенте температуры. Кристаллография, 2008, т. 53, № 1, с. 145-148.
[7] Безбах И.Ж., Стрелов В.И., Захаров Б.Г. Рентгенодифракционная характеризация кристаллов белков, выращенных методом управления температурой. Современные методы анализа дифракционных данных и актуальные проблемы рентгеновской оптики: мат. VI Междунар. науч. семинара, 19-27 августа 2013 г. Великий Новгород, Изд-во НФ СПбГУСЭ, 2013, с. 206-208.