Как гидрофобность определяет сборку белковых комплексов
Биологические молекулы самоорганизуются в крупные функциональные структуры благодаря тонкому балансу электрических и гидрофобных сил. Понимание этого процесса требует знания обеих сил. Однако если предсказать электрические взаимодействия отдельных белков относительно просто, то определить их гидрофобные взаимодействия сложнее.
В исследовании, опубликованном в The European Physical Journal E, Анхель Мозо-Вильяриас из Автономного университета Барселоны (Испания) и его коллеги разработали модель, описывающую, как белки выстраиваются в мембраноподобные структуры на основе гидрофобных взаимодействий. Эта модель может помочь предсказать конфигурацию макромолекулярных комплексов любого масштаба, что станет полезным инструментом для разработки новых материалов и поиска лекарств.
Гидрофобность — это возникающее свойство сложных молекулярных систем, которое не проявляется в каждом отдельном компоненте. Чтобы оценить гидрофобность белков, исследователи присваивают каждой аминокислоте индекс, показывающий, сколько энергии требуется для её переноса из гидрофильной среды в гидрофобную. Для набора аминокислот эти индексы — «гидрофобные заряды» — создают гидрофобное поле, подобно тому как распределение электрических зарядов создаёт электрическое поле.
На основе распределения гидрофобных зарядов на белке Мозо-Вильяриас и его коллеги сначала определили вектор, описывающий дипольный характер белка. Затем, используя электрическую аналогию, они рассчитали энергию, запасённую в системе из двух гидрофобных диполей. Моделирование показало, что гидрофобные диполи стремятся выстроиться параллельно друг другу, подобно тому как молекулы фосфолипидов ориентируются для формирования двойного слоя в биологических мембранах.
Этот мембранный эффект обеспечивает гидрофобный механизм, с помощью которого самоорганизующиеся белки выравниваются перед установлением более прочных связей. Исследователи пришли к выводу, что этот эффект является общим принципом, лежащим в основе огромного разнообразия морфологий белковых комплексов, наблюдаемых в природе.