Вчені експериментально визначили хімічну структуру октамера серіна - одного з надзвичайно стійких кластерів, що складається з восьми амінокислот однакової хіральності. Отримані результати не тільки допомогли визначити структуру комплексу, яка дуже довго залишалася невідомою, але і можуть виявитися корисними, зокрема, при дослідженні процесів синтезу гомохіральних полімерів, в тому числі і в природних умовах, пишуть дослідники у своїй статті в.
Відомо, що серін - одна з найбільш часто зустрічаються в білках амінокислот - здатний до утворення дуже стійких протоньованих октамерних кластерів. Ці кластери включають вісім молекул амінокислоти (склад цих октамерів - Ser8H +) і, що найцікавіше, мають гомохіральність, тобто всі молекули в кластері мають однакову хіральність (тільки D або тільки L). Такі кластери утворюються, наприклад, при швидкому випаровуванні розчину серіна або при проведенні мас-спектрометричного експерименту, і в них завжди рівно вісім молекул амінокислоти. Деякі вчені навіть вважають, що хіральна структура подібних кластерів могла вплинути і на процес утворення гомохіральних природних полімерів. При цьому, незважаючи на те, що поясненню стійкості і гомохіральності цього кластера було присвячено досить велику кількість досліджень, визначити його структуру експериментально досі не вдавалося.
Група хіміків зі Швейцарії, Німеччини та США під керівництвом Со Чжон-Чхоля (Jongcheol Seo) з Інституту імені Фріца Габера Товариства Макса Планка запропонувала для визначення структури октамера Ser8H + нову методику, засновану на інфрачервоній спектроскопії при дуже низьких температурах з використанням спеціальних гелієвих міток. Для цього отримані в результаті випаровування іони октамера спочатку фіксували в іонній пастці при температурі 3,5 кельвіна, після чого приєднували до них мітки з атомів гелію. Оскільки гелій зв'язується з цим комплексом досить слабко, то після опромінення він від'єднується від комплексу, в результаті чого маса кластера змінюється. Це і використовується для виділення потрібного спектрометричного сигналу.
Як і в попередніх роботах, в результаті випаровування відбулося утворення октамерів серіна потрібного складу і двох строго гомохіральних конфігурацій: де всі вісім молекул були або в L-конформації, або, навпаки, всі вісім - в D-конформації. Для точного визначення хімічної структури кластерів, вчені порівняли отримані експериментально спектрометричні дані з результатами теоретичних розрахунків, як запропонованих у попередніх роботах, так і отримані в рамках цього дослідження.
Згідно з розрахунками найменшою енергією володіє кластер, в якому у шести амінокислот бічні ланцюги, що містять гідроксильні групи, міцно пов'язані водневими зв'язками і утворюють ядро кластера, а у двох решти молекул серіна - бічний ланцюг або вільний, або слабо пов'язаний з іншим кластером. Однак з експериментальними результатами краще узгоджується інша структура, яка досить легко утворюється з першого (поворотом одного з двох більш вільних бічних ланцюгів) і відрізняється від неї по енергії всього на 3,3 кілокалорії на моль.
За словами хіміків, саме друга конфігурація з цих двох структур, швидше за все, і відповідає дійсній структурі кластера. Для неї були розраховані теоретичні спектри поглинання в інфрачервоній області спектру, які також дуже добре узгоджувалися з експериментальними даними. Для перевірки цієї гіпотези вчені також порівняли експериментальні і теоретичні спектри двох октамерних кластерів, в яких одна або дві молекули серіна замінили на молекули цистеїну (вони теж добре відповідали один одному). При цьому при будь-якій заміні - на іншу амінокислоту або серін з іншою хіральністю - стійкість комплексу різко знижується.
Вчені відзначають, що виявлена ними структура октамера описує всі відомі експериментальні дані і пояснює підвищену стійкість кластера за рахунок структури водневих зв'язків і можливість заміни в ній двох амінокислот. За словами вчених, запропонована хімічна структура стійкіша тих конфігурацій, які пропонувалися раніше. У майбутньому точне знання структури «магічного» октамера серіна допоможе при дослідженні синтезу гомохіральних сполук, у тому числі і в природних умовах.
Серін - одна з найбільш часто зустрічаються амінокислот з досить простою хімічною структурою. Наприклад, саме для реакції синтезу серіна вченим вдалося продемонструвати можливість отримання штучного білка із заздалегідь визначеними функціями. Отриманий штучний білок після цього відновив синтез серіна у бактерій, що загубили цю здатність.