Вчені підібралися ближче до розуміння того, як і чому вода є життєво необхідною для життя. З’явилася робота, що забезпечує серйозний доказ того, що білки – складні і великі молекули, які згортаються в певні форми, дозволяючи протікати біологічним реакціям – не можуть згортатися самостійно. Замість цього фолдінг білку забезпечується набагато меншими молекулами води, які оточують білки, тягнуть і штовхають їх, щоб ті за частки секунди згорнулися певним чином, подібно маленьким художникам орігамі, які складають гігантські листи паперу з неймовірною швидкістю.

Донгпінг Чжон, керівник дослідницької групи в Університеті штату Огайо, який зробив відкриття, назвав цю роботу «великим кроком вперед» в розумінні водно-білкових взаємодій і сказав, що вона відповідає на питання, над яким ламали голови вчені десятки років.

«Довгий час учені намагалися з’ясувати, як вода взаємодіє з білками. Це фундаментальна проблема, яка має відношення до структури, стабільності, динаміки і, нарешті, функції білка», – заявив Чжон. «Ми вважаємо, що тепер у нас є впевнені прямі докази того, що на надкоротких часових масштабах (пікосекундах, трильйонних частахи секунди) вода модулює білкові флуктуації», – додав він.

Чжон, професор хімії і біохімії, і його команда використовували надкороткі лазерні імпульси для зйомки рухомих молекул води навколо ДНК-полімерази, типу білка, який допомагає відтворювати ДНК.

Щоб отримати гарний вид на цю взаємодію, довелося точно локалізувати оптичні зонди на поверхні білка, каже вчений. Вчені ввели молекули амінокислоти триптофану в білок в якості зонда і виміряли, як вода рухається навколо нього.

Зазвичай молекули води течуть повз одна одну з пікосекундними швидкостями, тоді як білки згортаються з наносекундними швидкостями – в 1000 разів повільніше. Раніше група Чжона продемонструвала, що молекули води сповільнюються, стикаючись з білком. Але коли вони пов’язані з ним, молекули води, як і раніше рухаються в 100 разів швидше, ніж білок.

У новому дослідженні вчені змогли визначити, що молекули води безпосередньо стосувалися «бокових ланцюгів» білка, частин білкової молекули, що зв’язуються і розв’язуються між собою, забезпечуючи фолдінг і функції. Дослідники також змогли відзначити синхронізацію руху молекул.

Комп’ютерне моделювання в Суперкомп´ютерному центрі Огайо дозволило вченим візуалізувати те, що відбувається: там, де вода рухалася певним чином, секундою пізніше згортався білок, як якщо б молекула води підштовхувала білок до зміни форми.

Вода не може довільно змінювати форму білка, пояснив Чжон. Білки можуть згортатися і розгортатися кількома способами, в залежності від амінокислот, з яких складаються.

«Ми показали, що остаточна форма білка залежить від двох речей: води і самих амінокислот. Тепер ми можемо сказати, що на надшвидких часових масштабах флуктуації на поверхні білка контролюються флуктуаціями води. Молекули води працюють разом подібно до великої мережі, керуючи рухом білків».