hrvatski

Rendgenska kristalografija – interdisciplinarna znanost – izazov za budućnost

Sažeti stoljetni vremeplov ističe blistavu povijest kristalografije i njenu ulogu u razvoju mnogih područja znanosti i primjeni u svakodnevnom životu. Naglasak je na prijelomnim otkrićima tijekom proteklog stoljeća koja su proširila i radikalno izmijenila naše spoznaje u kemiji i biologiji. Čak kada bismo se odlučili spomenuti samo otkrića obilježena Nobelovim nagradama, ne bismo u predviđenom opsegu mogli predstaviti četrdesetak laureata vezanih uz rendgensku kristalografiju. Izbor je pao na znanstveno najprivlačnije molekule-'manekenke', koje su u svojoj strukturi sačuvale važne poruke za znanost. Posebna pažnja posvećena je aktualnoj metodi 'serijske' femtosekundne kristalografije, koja uključuje uporabu rendgeskih lasera sa slobodnim elektronima (XFEL) uz niz revolucionarnih eksperimentalnih poduhvata, kao što je difrakcija na mikrokristalima i nanokristalima te korištenje brzih i osjetljivih detektora. Usavršavanje thih složenih eksperimenata posebno je važno za strukturnu molekularnu biologiju jer omogućuje određivanje zahtjevnih struktura makromolekularnih 'mašina', posebice membranskih proteina. Mehanizme bioloških i kemijskih reakcija na submolekularnoj razini moguće je rasvijetliti dinamičkom kristalografijom i stoga je ona u fokusu stoljetnog jubileja. Otvaranje šest XFEL centara diljem svijeta ovih nekoliko godina, od kojih jedan namijenjen isključivo izučavanju proteinskih 'meta' za razvoj lijekova, ukazuje na učinkovistost metode. Dinamička kristalografija uključuje bilježenje 'filmova' o ponašanju molekula ilustrirajući time kako funkcioniraju 'molekularne mašine'. Upravo se razrađuju 'vruće teme' o razumijevanju života posvećene izučavanju dinamike fotosintetičkih reakcijskih centra i G-proteinskih kompleksa s receptorima odgovornih za signalizaciju stanice (GPCRs) i niza drugih važnih membranskih proteina. Stoga su ovi aktualni rezultati nezaobilazni dio ovog prikaza, u okviru kojeg će se naći mali primjer iz istraživanja autorice i suradnika vezan uz dinamiku protona, koja ide preko formiranja Zundlovog kationa važnog ne samo u dinamici vodikovih veza u vodi i kemijskim reakcijama već i enzimskoj katalizi i naročito u dinamici protonskh pumpi i nekih za DNA važnih reakcija. U prikazu doista dinamičnog razvoja rendgenske kristalografije svrsishodno je naznačiti samo putokaz umjesto zaključka jer predviđanje u znanosti nije racionalan pristup. Na pitanje Quo vadis ? nudimo kratki odgovor- razumijevanje bioloških i kemijskih femtosekundnih pa i bržih procesa. Otkrivanje novih eksperimentalnih metoda rendgenske difrakcije, korištenje metoda 'serijske' sinkrotronske i laserske kristalografije, koje postaju sve manje ovisne o veličini kristala, rasvijetlit će građu najsloženijih makromolekula – membranskih proteina i njihovih kompleksa i razotkriti mehanizme uz njih vezanih životnih procesa stanica. Proučavanje funkcioniranja ionskih kanala, presudno u komunikaciji neurona, vodi ka razumijevanju funkcioniranja mozga. Razumijevanje svojstava molekula s aspekta dinamike elektronske strukture otvara neslućene mogućnosti u pripravi novih funkcionalnih materijala u čemu prednjače grafeni. Prikaz je namijenjen kristalografima i stoga nisu opisani temelji metode, koji su bili poznati već 1920-tih godina. Prikaz je vezan uz metodu rendgenske difrakcije na monokristalu.

rendgenska kristalografija; Nobelova nagrada; femtosekundna kristalografija s rendgenskim laserima; dinamika protona; međumolekularne interakcije

nije evidentirano