Математическая биофизика клетки - Иваницкий Г.Р.
Скачать (прямая ссылка):
Изучение геометрии изображения объекта производилось следующим образом. Светящаяся точка (торец световода диаметром 0,5 мм) совмещалась при бинокулярном наблюдении с характерными точками изображения с помощью трехкоординатного устройства перемещения, снабженного шкалой отсчета. Для изучения топографии поверхности объекта использовались также светящиеся сетки, перемещаемые с определенным шагом в направлении наблюдения. Для каждого положения сетки определялся контур поверхности объекта, совпадающий при бинокулярном наблюдении с плоскостью сетки. Светящаяся сетка изготавливалась фотографическим способом и подсвечивалась через матовое стекло. На рис. 110, в представлены контуры одинаковой кривизны поверхности объекта, снятые с помощью светящейся сетки.
От чего зависит разрешение данного метода? При переносе информации с диапозитивов на элементы одного из горизонтальных рядов голограммной пластины центр щели, через которую происходит экспонирование, располагается в той части плоскости, которая соответствовала угловому положению объекта нри получении двумерного диапозитива. Последующие ряды матрицы записываются аналогично, но соответствуют сдвинутым на некоторый угол Др ракурсам обзора объекта. Полный диапазон углов обзора объекта при этом составляет
0 = (то - 1)Дq> + (п- 1)А0, (9.19)
где то — число элементов ряда матриц, Дф — угловой шаг гонио-
метра микроскопа при получении ракурсных снимков; п — число рядов голограммной матрицы.
Размеры диапозитивов, вводимых в систему синтеза составных голограмм, должны быть достаточными для обеспечения рассматривания с расстояния наилучшего зрения без потери четкости изображения, сформированного электронным микроскопом, а кроме того, не слишком большими, так как при этом увеличиваются габариты всей системы для синтеза составных голограмм.
При выборе размеров элементов голограммной матрицы приходится идти на компромисс между необходимостью плавного изменения ракурса объемного изображения при переходе от элемента к элементу матрицы и возможностью наблюдения всего объекта через один элемент голограммной пластины. Чем меньше будет ракурсных снимков (а следовательно, и синтезированных с них элементов составной голограммы), тем ниже будет разрешение деталей рассматриваемого объекта. Наблюдение изображения одним глазом через более чем один элемент матрицы приводит к искажению изображения. Изображения, синтезируемые разными элементами матрицы, соответствуют разным точкам наблюдения. Ограниченность числа точек наблюдения определяет предел разрешения наблюдаемых деталей.
Рассмотрим еще один метод — построение трехмерных моделей структур ферментов на основе анализа их электронно-микроскопических изображений. В качестве примера возьмем фермент — лей-цинаминопептидазу. Работа но уточнению структуры этого фермента была проведена и Институте биологической физики АН СССР совместно с сотрудниками Центрального института молекулярной биологии АН ГДР [34].
9.5. Моделирование структуры биологических макромолекул
Исследование структуры ферментов
Разнообразие ферментов очень велико. Они представляют собой сравнительно большие белковые молекулы (молекулярный вес от 104 до 10е), высокоспецифичные по отношению к субстрату. Это определяется структурным соответствием фермента (его активного центра) и субстрата. Механизм взаимодействия «субстрат — фермент» не может быть выяснен полностью, если не известна пространственная конфигурация молекул субстрата и фермента.
Основные структурные характеристики фермента и субстрата (размеры, вес в гидратированном состоянии и полный поверхностный заряд) можно определить в растворах физико-химическими
методами. Также можно определить число активных центров, т. е. сколько молекул субстрата могут быть связаны с одной молекулой фермента (чаще всего — от 1 до 4). По данным дисперсии оптического вращения можно рассчитать долю упорядоченных (регулярно скрученных) и неупорядоченных (скрученных нерегулярно) участков, в некоторых случаях удается получить информацию о распределении химических групп в области активного центра.
Многие белки удается получить в кристаллическом виде и с помощью рентгеноструктурного анализа воссоздать точную модель структуры молекулы с разрешением до 1,5—2 А. Однако сложности рентгеноструктурного анализа, связанные с получением информации о фазах рассеиваемого излучения, а также трудоемкость вычислений заставляют искать новые возможности в области электронной микроскопии для анализа биологических макромолекул.
Приведем краткую характеристику фермента, используемого для иллюстрации возможностей исследования макромолекул в электронной микроскопии. Лейцинаминопептидаза (ЛАП) — фермент, гидролитически расщепляющий пептиды со свободной аминогруппой у N-концевого аминокислотного остатка. Молекулярный вес ЛАП, выделенной в кристаллической форме из хрусталика быка, 326 ООО. Молекула ЛАП состоит из шести идентичных субъединиц с молекулярным весом 54 000 + 4000 [35]. Агрегация субъединиц может быть различной, исключена, по-видимому, лишь плоская гексагональная упаковка [35]. Возможна агрегация субъединиц в форме тригональной призмы или октаэдра (рис. 111, а) [35, 36].
