Знание-сила, 1999 № 11-12 (869,870)

В Институте теоретической и экспериментальной физики (Москва) создан уникальный прибор, позволяющий быстро – за секунды – и надежно идентифицировать вирусы. Ученым пришла в голову отличная идея использовать в этой совершенно нетрадиционной области туннельный микроскоп. Он сканирует поверхность образца с шагом движения 0,1 ангстрема. Поскольку размеры атомов в среднем не превышают нескольких ангстрем, то можно сказать, что игла буквально ощупывает их поверхность.

Из-за малых расстояний между исследуемым объектом и катодом для работы туннельного микроскопа не требуется специальных вакуумных условий, так как на ангстремных расстояниях не происходит рассеивания электронов. А это означает, что анализируемый объект во время исследований может находиться и на воздухе, и в водной среде. Такое уникальное свойство туннельного микроскопа в лаборатории профессора Александра Суворова использовали в совершенно новой области – в вирусологии. Оказалось, что если находящийся в воде вирус попадает в промежуток между катодом и анодом, то он экранирует электрическое поле, что дает возможность получать изображение этого вируса. Методика ИТЭФ уникальна, готовится ее патентование за рубежом.

По сообщению газеты «Коммерсантъ»

Но нас интересуют протоны…

Итак, электронный микроскоп работает, но нас-то сейчас интересуют протоны, потому что именно протоны играют решающую роль во многих биохимических процессах в клетке.

Естественно, что туннелирование облегчается при снижении температуры. В.И.Гольданскии еще в 1979 году опубликовал в журнале «Нейчур» статью, где дал расчет, согласно которому значительное туннелирование протона водорода происходит только при 160 К и более низких температурах (напомним, что комнатная температура составляет 293-298 К).

Казалось бы, туннелирование протонов остается сугубо физическим процессом, поскольку ферменты уже при 200 К практически полностью «замораживаются». Физики называют такое состояние «стеклянным переходом», когда расплав при остывании остекленевает.В белковых молекулах ферментов прекращается всякое колебание атомов, а это останавливает его связывание с субстратом и течение реакции.

Но наука не была бы наукой, если бы она не умела взглядывать на проблему с другой стороны. Итак: если охлаждение белков ведет к полному прекращению жизни, то, может, следует их нагреть?!

Сейчас известно достаточное количество так называемых термофилов, то есть микроорганизмов, живущих в горячих источниках. Один из таких микробов одарил науку знаменитой ДНК-полимеразой «Так» (сокращение от названия микроорганизма «Термофилюс акватикус»), которая сохраняет свою активность при 90 С,то есть чуть ли не в кипятке!

С помощью этой самой «Так» наладили не менее знаменитую ЦПР – цепную полимеразную реакцию, которая позволяет наработать любые количества ДНК с образца, исчисляемого микрограммами. С помощью ЦПР теперь проводят идентификацию отцовства и преступников, костных останков и т.д.

Потоки энергии через туннели на поверхности ферментного кристалла (компьютерная графика).

Другой такой термофил – «Бациллюс стеаротермифилюс», у которого имеется фермент дегидрогеназа, – он отщепляет водород от молекулы алкоголя и переносит его на никотинамиддинуклеотид (НАД), входящий в состав очень важного витамина никотиновой кислоты.

Дегидрогеназа бациллы проявляет свою максимальную активность при температуре 65°С, а при комнатной температуре он «застывает».

Эксперименты, проведенные в Беркли, показали, что основным механизмом перехода протонов водорода является в ферменте туннелирование, а не преодоление энергетического барьера!