Strukturální biologie

Strukturální biologie je obor molekulární biologie zabývající se studiem architektury a tvaru biologických makromolekul – zejména bílkovin a nukleových kyselin – a toho, co způsobuje, že mají struktury, které mají. Toto téma je pro biology velmi zajímavé, protože makromolekuly vykonávají většinu funkcí buňky a protože obvykle jsou schopny vykonávat své funkce pouze vinutím do určitého trojrozměrného tvaru. Tento tvar, který se nazývá „terciální struktura“ molekuly, závisí komplikovaným způsobem na základním složení molekuly, neboli „primární struktuře“.

Biomolekuly jsou příliš malé na to, aby je bylo možné detailně vidět i u těch nejmodernějších světelných mikroskopů. Metody, které používají strukturní biologové k určení jejich struktur, obvykle zahrnují měření na obrovském množství identických molekul ve stejnou dobu. Tyto metody zahrnují krystalografii, NMR, ultra rychlou laserovou spektroskopii, elektronovou mikroskopii, elektronovou kryomikroskopii (kryo-EM) a kruhový dichroismus. Nejčastěji je vědci používají ke studiu statických „nativních stavů“ makromolekul. Varianty těchto metod se ale používají také ke sledování toho, jak rodící se nebo denaturované molekuly přebírají nebo obnovují své nativní stavy (viz např. skládání proteinů).

Třetím přístupem, který strukturní biologové používají k pochopení struktury, je bioinformatika, která hledá vzory mezi různými sekvencemi, které dávají vzniknout konkrétním tvarům. Výzkumníci často mohou odvodit aspekty struktury integrálních membránových proteinů na základě topologie membrán předpovídané hydrofobní analýzou. Viz: predikce struktury proteinů.

V posledních několika letech je možné, aby vysoce přesné fyzikální molekulární modely doplňovaly in silico studium biologických struktur. Technologie rychlého prototypování, jako jsou ty, které používá 3D Molecular Design, nebo tvorba molekulárních modelů ve skle společností Luminorum Ltd, jsou významnými příklady nedávného pokroku v této oblasti.