Вода меняет структуру молекулы антибиотика

Молекулы лекарственных препаратов связываются и взаимодействуют с биомолекулами живых клеток. Чем точнее сведения о трехмерной структуре молекул медицинских препаратов, тем легче оценивать свойства и механизмы работы активных компонентов. Внутри организма лекарства попадают в различные жидкости, содержащие воду (чаще всего кровь). Но вода — это не просто нейтральная среда, она способна взаимодействовать с молекулами различных веществ и менять их структуру. Ученые из лаборатории молекулярной физической химии Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария) провели ряд экспериментов, посвященных этому явлению. Они рассматривали, как добавление молекул воды изменяет структуру природного антибиотика грамицидина. Чтобы определить структуру молекулы, исследователи анализировали спектральный состав излучения, поглощаемый ею при освещении лазером.

В идеале, каждый вариант спектра свидетельствует о конкретной структуре. Проблема в том, что в таких больших молекулах, как грамицидин (состоит из 176 атомов) при комнатной температуре наблюдаются паразитический квантовый эффект, называемый неоднородным тепловым расширением. Этот эффект в значительной степени уменьшает точность проводимых измерений. Чтобы обойти данное препятствие, химики поместили молекулы антибиотика в специально разработанное устройство и быстро охладили до температуры около 10 градусов Кельвина. При такой низкой температуре влияние паразитических квантовых эффектов стремится к нулю, и можно получить более точные данные. Затем в емкость с антибиотиком начали добавлять воду, молекула за молекулой. После введения каждых 50 молекул воды структура молекулы антибиотика исследовалась повторно. Ученые зафиксировали, что, в зависимости от количества присутствующей воды, молекула грамицидина меняла свою структуру.

Исследования проводили научные сотрудники Олег Бояркин и Наталья Нагорнова, руководил проектом профессор Томас Риццо. По мнению ученых, их работа имеет важное значение не только для фундаментальной науки, но и для фармакологической отрасли. Наиболее характерный пример — препараты против болезни Альцгеймера, эпилепсии и других подобных заболеваний. Эти лекарства должны очень точно замыкать определенные химические реакции в клетках мозга. Трехмерная структура активных компонентов лекарства должна максимально соответствовать структуре белков — мишеней. Разработанная в Швейцарии методика позволяет узнать, как меняется структура препаратов в присутствии воды. Таким образом, открываются возможности для разработки новых, более эффективных лекарств.