Биологический кристалл

БИОЛОГИЧЕСКИЙ КРИСТАЛЛ, кристалл химического соединения биологического происхождения (обычно белков и нуклеиновых кислот). Иногда биологические кристаллы образуются в природных условиях, но чаще их выращивают искусственно с целью установления структуры составляющих их макромолекул с помощью рентгеновского структурного анализа. Этим методом расшифрованы пространственные структуры многих белков, некоторых видов молекул транспортных РНК и упорядоченных фрагментов ДНК длиной до 12 пар нуклеотидов. Наиболее совершенные биологические кристаллы позволяют установить структуру молекулы с разрешением менее 10^-10 м. Кристаллизации поддаются и сложные субмикроскопические частицы - вирусы.

Возможность образования биологических кристаллов определяется в основном свойствами биомолекул. Например, молекулы глобулярного белка представляют собой полимерные цепи, свёрнутые в клубок (глобулу) со строго определённой конформацией, обусловленной внутримолекулярными взаимодействиями (смотри Конформационный анализ). Биологические кристаллы характеризуются большими размерами элементарной кристаллической ячейки (порядка 1-10 нм) и относятся к пространственным группам симметрии без центра и плоскостей симметрии (смотри Симметрия кристаллов). Степень совершенства биологических кристаллов относительно невелика вследствие конформационной подвижности макромолекул. Многие биологические кристаллы имеют волокнистое строение - цепи макромолекул вытянуты в одном направлении и характеризуются внутримолекулярной периодичностью. Такое строение имеют кристаллы ДНК, белков волос, шёлка, кожи. Например, ДНК образует текстурированные гели - жидкие кристаллы, рентгенографический анализ которых позволил построить её пространственную модель и установить природу передачи генетической информации.

Биологические кристаллы существуют в условиях близких к физиологическим, поскольку только в этом случае сохраняется пространственная структура макромолекул. Обычно биологические кристаллы находятся в контакте с водным растворителем и существуют в температурном интервале, ограниченном с одной стороны температурой замерзания растворителя, с другой - температурой 60-70 °С, при которой происходит денатурация макромолекул (разворачивание их полимерных цепей и потеря ими определённой пространственной конформации).

Лит.: Бландел Т., Джонсон Л. Кристаллография белка. М., 1979.