Сейчас будет тёплая ламповая история, которая имеет некоторое отношение к квантовой биологии.
Итак, земляне давно подозревали, что квантовые эффекты помогают птице ориентироваться по магнитному полю Земли. И что слабые электромагнитные поля могут вызывать изменения в развитии организма. Но обосновать не могли, поэтому это всё некоторое время считалось чуть ли не шаманизмом.
Вернёмся в далёкий 2012-й к статье в Природе. Там показали и использовали магнито-флуоресцентную флуктуационную микроспектроскопию (MFFMS). По сути, это очень продвинутый микроскоп, который сочетает в себе несколько технологий, чтобы с высокой точностью увидеть квантовые эффекты.
Брали радикальные пары — две молекулы, у каждой из которых есть одинокий электрон. Могут быть со спинами в разные стороны, могут быть в одну сторону. Внешнее магнитное поле может влиять на то, как быстро и часто пара переключается между этими состояниями. Это меняет исход химической реакции, в которой эти радикальные пары участвуют. Часто продукт такой реакции — светящаяся молекула. Если магнитное поле влияет на реакцию, то и яркость свечения будет меняться.
А делать очень крутые детекторы фотонов мы к тому моменту уже научились. И ещё новые SPAD-детекторы уже были нечувствительны к самим магнитным полям, в отличие от старых. То есть можно измерять кластеры по 23 молекулы. И ещё придумали, как дополнительно давить тепловой шум программно.
Экспериментировали на флавинах (FMN) — это, например, витамин B2 и его производные. Они умеют поглощать свет и участвовать в образовании радикальных пар. Брали белки HEWL (лизоцим куриного яйца) и BSA (бычий сывороточный альбумин). Смешивали флавины с этими белками и смотрели, как магнитное поле влияет на их совместные реакции, возбуждаемые светом.
Флавины под действием света могут разрушаться, превращаясь в другие вещества. Это сильно влияет на то, как они взаимодействуют с белками. При медленном пропускании образца через светлую зону, флавины успевают сильно разрушиться, и магнитный эффект меняется. При быстром протоке — не успевают. Это учли в экспериментах.
Для HEWL-FMN — в магнитном поле полученная кашица светилась меньше. Для BSA-FMN — тоже, там только зависимость нелинейная, потому что надо было учитывать эффект света.
Смоделировали докинг и нашли такой карман, где FMN оказывается очень близко (около 4 ангстрем) к аминокислоте триптофану в белке. Триптофан запомните на будущее, он тот ещё проказник. И вот у него в кармане такое близкое расположение — оно как раз способствует быстрому переносу электрона и образованию радикальной пары. Подтвердили экспериментами с конкурентным связыванием: добавили напроксен (известное обезболивающее), которое тоже связывается с этим карманом в BSA. Напроксен «вытеснял» FMN, и светилось всё независимо от магнитного поля.
То есть можно собрать детектор магнитного поля на триптофане.
А теперь внимание! Похожий механизм (радикальные пары с участием триптофана) считается основным для криптохромов — белков, которые по предыдущим исследованиям, вероятнее всего отвечают за способность птиц и других животных чувствовать магнитное поле Земли.
Так что BSA-FMN был отличной простой моделью для изучения этих процессов.
Их потом изучили. Как именно — позже, в нашей истории учёные только микроскоп тестировали. И у них получилось. Оставалось только найти гвозди!
А гвозди в следующей серии. Вот же они, положили!
--
Вступайте в ряды Фурье! Ребёнок математика и генетика — суперпозиция 46 хромосом!
Итак, земляне давно подозревали, что квантовые эффекты помогают птице ориентироваться по магнитному полю Земли. И что слабые электромагнитные поля могут вызывать изменения в развитии организма. Но обосновать не могли, поэтому это всё некоторое время считалось чуть ли не шаманизмом.
Вернёмся в далёкий 2012-й к статье в Природе. Там показали и использовали магнито-флуоресцентную флуктуационную микроспектроскопию (MFFMS). По сути, это очень продвинутый микроскоп, который сочетает в себе несколько технологий, чтобы с высокой точностью увидеть квантовые эффекты.
Брали радикальные пары — две молекулы, у каждой из которых есть одинокий электрон. Могут быть со спинами в разные стороны, могут быть в одну сторону. Внешнее магнитное поле может влиять на то, как быстро и часто пара переключается между этими состояниями. Это меняет исход химической реакции, в которой эти радикальные пары участвуют. Часто продукт такой реакции — светящаяся молекула. Если магнитное поле влияет на реакцию, то и яркость свечения будет меняться.
А делать очень крутые детекторы фотонов мы к тому моменту уже научились. И ещё новые SPAD-детекторы уже были нечувствительны к самим магнитным полям, в отличие от старых. То есть можно измерять кластеры по 23 молекулы. И ещё придумали, как дополнительно давить тепловой шум программно.
Экспериментировали на флавинах (FMN) — это, например, витамин B2 и его производные. Они умеют поглощать свет и участвовать в образовании радикальных пар. Брали белки HEWL (лизоцим куриного яйца) и BSA (бычий сывороточный альбумин). Смешивали флавины с этими белками и смотрели, как магнитное поле влияет на их совместные реакции, возбуждаемые светом.
Флавины под действием света могут разрушаться, превращаясь в другие вещества. Это сильно влияет на то, как они взаимодействуют с белками. При медленном пропускании образца через светлую зону, флавины успевают сильно разрушиться, и магнитный эффект меняется. При быстром протоке — не успевают. Это учли в экспериментах.
Для HEWL-FMN — в магнитном поле полученная кашица светилась меньше. Для BSA-FMN — тоже, там только зависимость нелинейная, потому что надо было учитывать эффект света.
Смоделировали докинг и нашли такой карман, где FMN оказывается очень близко (около 4 ангстрем) к аминокислоте триптофану в белке. Триптофан запомните на будущее, он тот ещё проказник. И вот у него в кармане такое близкое расположение — оно как раз способствует быстрому переносу электрона и образованию радикальной пары. Подтвердили экспериментами с конкурентным связыванием: добавили напроксен (известное обезболивающее), которое тоже связывается с этим карманом в BSA. Напроксен «вытеснял» FMN, и светилось всё независимо от магнитного поля.
То есть можно собрать детектор магнитного поля на триптофане.
А теперь внимание! Похожий механизм (радикальные пары с участием триптофана) считается основным для криптохромов — белков, которые по предыдущим исследованиям, вероятнее всего отвечают за способность птиц и других животных чувствовать магнитное поле Земли.
Так что BSA-FMN был отличной простой моделью для изучения этих процессов.
Их потом изучили. Как именно — позже, в нашей истории учёные только микроскоп тестировали. И у них получилось. Оставалось только найти гвозди!
А гвозди в следующей серии. Вот же они, положили!
--
Вступайте в ряды Фурье! Ребёнок математика и генетика — суперпозиция 46 хромосом!