3 / 9
Установка для выращивания кристаллов белков в земных и космических условиях…
3
личаются используемыми методами кристаллизации, оснащенностью
системами диагностики, контроля и управления.
Температура является существенным физическим параметром
при кристаллизации белков, поскольку она непосредственным обра-
зом влияет на их растворимость. Из анализа литературных данных
можно сделать вывод о том, что значение растворимости обычно ис-
пользуемого в качестве модельного белка лизоцима при pH = 4,5 и
2…3 % NaCl меняется на порядок при изменении температуры в пре-
делах 10…30 °C [4]. Аналогичные данные приводятся для канавали-
на, инсулина и альбумина [5]. Как правило, растворимость большин-
ства белков повышается с ростом температуры, однако такие белки,
как лошадиный альбумин, более растворимы с понижением темпера-
туры (так назывыаемая ретроградная растворимость). Однако для
белков, не кристаллизовавшихся ранее, данные по растворимости как
функции температуры принципиально неизвестны.
Способ температурного управления процессом кристаллизации
белков является значительно более технологичным и более эффек-
тивным для выращивания высокосовершенных кристаллов по срав-
нению с традиционными методами [3, 6]. При этом исключается кон-
векция в растворе, а также практически устраняется влияние вибра-
ций на процессы кристаллизации, в следствие чего в земных
условиях обеспечивается максимально возможное приближение к
диффузионным условиям тепломассопереноса в растворе белка, а в
космических условиях — диффузионный режим, т. е. условия само-
организации макромолекул белка при встраивании их в кристалличе-
скую решетку. При этом процесс кристаллизации макромолекул ста-
новится управляемым и воспроизводимым.
Практическая часть.
Предлагаемый подход к решению пробле-
мы кристаллизации белков с высоким совершенством структуры по-
лучаемых кристаллов заключается в реализации метода управляемой
кристаллизации, обеспечивающего управление процессом роста кри-
сталлов как на этапе их зародышеобразования, так и в процессе кри-
сталлизации. В земных условиях этот метод обеспечивает приближе-
ние к диффузионному массопереносу, а в условиях невесомости —
чисто диффузионный механизм массопереноса при исключении кон-
векций любого вида с прецизионной ± 0,1…0,2°C локальной стаби-
лизацией температуры и управлением ею в ходе процесса кристалли-
зации. Это обеспечивает условия самоорганизации молекул белка
при встраивании их в кристаллическую решетку и позволяет реали-
зовать высокое совершенство выращиваемых кристаллов. При этом в
невесомости появляется возможность оптимизировать массоперенос,
обусловленный возникновением концентрационной неоднородности
вокруг растущего кристалла. Отсутствие конвекции в процессе кри-