Рівні структури білків

Інший метод  дослідження локалізації білків — імунофарбування — залучає використання флюоресцентно мічених антитіл проти досліджуваного білка, що зв'язуються з ним у вбитих та зафіксованих клітинах.

Часто барвники зв'язують з білками за допомогою біохімічних методів, таким чином що вони мітять специфічні білки в точно визначених місцях, та полегрують детекцію таких білків. За допомогою методу флюоресцентного резонансного переносу енергії (FRET) енергія збудження переноситься з одного барвника (або флюоресцентного білка) на інший, коли вони знаходяться в безпосередній близості один від одного^[53]. Таким чином можна визначати партнерів із білок-білкової взаємодії або досліджувати оптичними методами, в якій конформації знаходиться білок у даний час. За допомогою методу відновлення флюоресценції після фотознебарвлення (FRAP) барвник знебарвлюється в певній частині клітини, після чого флюоресценція може поступово відновлюватися, якщо до цього місця потрапляють нові флюоресцентні білки. Залежно від швидкості цього процесу можна визначити швидкість транспорту білка в клітині або визначити частини клітини, фізично відокремлені від інших.

Багато досліджень проводяться на рівні окремих білків. Так, метод флюоресцентної кореляційної спектроскопії (FCS), що вимірює кореляцію флюоресценції в часі від невеличкої (біля 0,2 мікрона) ділянки, дозволяє детекцію окремих молекул усередині клітини та визначення їхньої мобільності, яка залежить від розміру білка та його зв'язування з іншими білками та частинами клітини^[54]. На рівні окремих білків (зазвичай in vitro) може використовуватися і метод FRET, що дозволяє досліджувати рух частин білка при виконанні ним своєї функції.

[Механічні  методи

Використовуються  і кілька механічних методів впливу на білки. Так за допомогою лазерних^[55] та магнітних щипців^[56] і атомного силового мікроскопу^[57][58] можна прикладати сили до окремих частин окремих білків, та досліджувати їхній вплив на активність білка, в іншому режимі можна спостерігати механічний рух частин білка одна відносно одної. Це важливо для досліждення руху молекулярних моторів і руху частин ферменту при виконанні їм каталітичної реакції^[59].

Дослідження окремих білків має значну перевагу в порівнянні з об'ємними методами тому, що стан кожного білка може бути різним, а середні значення, виміряні в об'ємі, часто не дають інформації про разподіл значень властивостей між окремими білками.

Обчислювальні методи

Для дослідження функції білків щироко застововуються і методи моделювання або математичної біології. Через складність біохімічних шляхів клітини часто важко визначити ефект скланої багатобілкової системи на функціонування клітини. Наприклад, методи математичного моделювання були ефективними для визначення механізму роботи АТФ-синтази^[60][61] або для з'ясування механізму роботи Min-системи, що відповідає за розміри дочірніх клітин при поділі бактерії Escherichia coli^[62].

Часто методи математичного  моделювання важливі і для  встановлення ефекту невеликого числа  білків у клітині (багато білків працюють в кожній клітині лише в кількох  примірниках) та флуктуації кількості  цих білків.

Визначення  структури білків 

Кристали білків розмірами від 0,1 до 1 мм для кристалографії. Фотографія в поляризованому світлі.

Детальніше: Структура білків

Переважна більшість  відомих структур білків (біля 90 % в Банку даних білків) були визначені за допомогою рентгенівської кристалографії. Цей метод дозволяє визначення тривимірної структури електронної густини білка в кристалізованому стані, й таким чином вивести координати атомів у 3-х вимірах із певним рівнем роздільної здатності, до приблизно 0,5 Å в найкращому випадку. Біля 9 % відомих структур визначені за допомогою ЯМР-спектроскопії, що також дозволяє отримання структур високої роздільної здатності. Останнім часом також набирає популярності кріоелектронна мікроскопія, як дуже швидкий, хоча і низькоточний, метод визначення структур білків. Її роздільна здатність вже знизилася до менш ніж 5 Å, й обіцяє ще покращитися найближчим часом. Хоча цей метод і не здатний визначити розташування окремих амінокислот або деталі вторинної структури, він широко застосовується для дослідження великих білкових комплексів.

Протеоміка  і біоінформатика

Детальніше: Протеоміка та Біоінформатика 

Порівняння амінокислотних послідовностей білків, в даному випадку гемоглобінів, різних організмів дозволяє визначати ділянки, важливі для функціонування білків, а також еволюційну історію порівнюваних видів.

Повний набір білків, які в конкретний момент присутні в клітині, певному типі клітин або в організмі, називається протеомом, а дослідження великих наборів даних про ці білки та зв'язки між ними називається протеомікою, що була названа за аналогією з геномікою. Головні експериментальні методи протеоміки включають: мас-спектроскопію, що дозволяє швидке ототожнення високих кількостей білків і встановлення пептидної послідовності, білкові мікрочіпи, що дозволяють одночасне визначення відносних кількостей великого числа білків в клітині, двогібридний скринінг, що дозволяє систематичне дослідження білок-білкової взаємодії (встановлюючи їхню повну систему — інтерактом), та інші. Систематичні спроби визначення структури білків та всіх можливих станів кожного білка називаються структурною геномікою.

Зараз доступна велика кількість даних про послідовності геному й послідовності та структури багатьох білків різноманітних організмів, зокрема геном людини, що дозволяє дослідникам ефективно ідентифікувати гомологічні білки у зв'язаних організмах за допомогою вирівнювання послідовностей. Велике число інструментів перевірки послідовностей дозволяє виконувати ряд маніпуляцій з послідовностями, наприклад складати карти ділянок рестрикції, знаходити відкриті рамки зчитування у нуклеотидних послідовностях та передбачати вторинну структуру білків. Інші інструменти, наприклад Clustal, дозволяють складання філогенетичних дерев та перевірку еволюційних гіпотез щодо походження організмів і генів. Надзвичайна кількість наявних даних привела до розвитку біоінформатики, галузі знань, що збирає, позначає та аналізує дані геноміки і протеоміки, застосовуючи обчислювальні методи вирішення біологічних задач, таких як пошук генів і кладистика.

Передбачення  структури білків

Детальніше: Передбачення структури білків

Окрім структурної  геноміки, існує область досліджень, яка займається передбаченням структури білків і прагне розвинути ефективні методи створення правдоподібних моделей білків, структури яких не були визначені експериментально. Найуспішніший вид передбачення структури, відомий як моделювання гомології, використовує відому структуру «матриці» зі схожою послідовністю до модельованого білка; завданням є лише знайти відмінності та передбачити, яки чином вони впливатимуть на структуру. Хоча створення точних моделей залишається дуже складним, якщо доступні тільки приблизно подібні «матриці», вважається, що вузьким місцем методу є вирівнювання послідовностей. Це підтверджується тим, що у випадку «досконалого» вирівнювання можуть бути отримані дуже точні моделі^[63]. Багато методів передбачення структури призначені для використання в новій галузі проектування білків, що вже дозволила спроектувати кілька нових типів білкових структур^[64]. Складніша обчислювальна проблема — передбачення міжмолекулярних взаємодій, таких як молекулярний докінг і передбачення білок-білкової взаємодії.

Основним методом  передбачення структури білків та білок-білкової взаємодії є симуляція процесів згортання та зв'язування білків із використанням методів молекулярної динаміки. Загалом ці методи вимагають величезних обчислювальних ресурсів. Для задоволення цієї потреби створюються сімейства найшвидших сучасних суперкомп'ютерів Blue Gene. Як альтернативу дослідники дедалі більше використовують розподілені обчислення, такі як проект Folding@Home («згортання вдома»). Згортання маленьких спіральних областей білків, наприклад «головки» віліну^[65] і допоможнього білка ВІЛ^[66] вже вдалося успішно просимулювати з атомною точністю in silico, а гібридні методи, що комбінують методи молекулярної динаміки із методами квантової хімії, дозволили просимулювати електронні стани родопсину^[67].

20

положення про мікро та макроелементи  
Хімічні елементи у вільному стані й у виді безлічі хімічних сполук входять до складу всіх клітин і тканин людського організму. Близько 96% маси людського тіла приходиться на  4 елементи-органогени (О, С, Н, N), на макроелементи — 4%, на мікроелементи — всього 0,05%. Хімічні елементи є найважливішими каталізаторами різних біохімічних реакцій, неодмінними і незамінними учасниками процесів обміну речовин, росту і розвитку організму, адаптації до умов навколишнього середовища .  
Хімічні елементи надходять з їжею, водою і повітрям, засвоюються організмом і розподіляються в його тканинах; активно функціонують, виконують роль учасників і регуляторів біохімічних процесів у цих тканинах  а також будівельного матеріалу і/або, взаємодіють один з одним, депонуються і, у кінцевому підсумку, виводяться з організму. 
Від  дози біоелементів залежить їх фізіологічна дія. Зокрема, при низьких концентраціях токсичні елементи ртуть, миш'як, кадмій і ін. можуть діяти на організм як ліки, а натрій, калій, кальцій, магній і ін. можуть володіти вираженим токсичним ефектом у високих концентраціях.  
Для здійснення життєво важливих функцій для кожного елемента існує оптимальний діапазон концентрацій.  
Застосування мінералів і металів у лікувальних цілях відомо з часів найдавніших цивілізацій Китаю, Індії. Новий імпульс застосуванню солей як ліків відзначений з XV ст.  
Більш 50 % засобів сучасної фармакотерапії являються лігандами (або метали і їхні сполуки), комплексно утворюючі речовини.  Ці комплекси метали-ліки можуть утворюватися в організмі, за рахунок зв'язування металів, в результаті прийому ліків — потенційних лігандів, що входять до складу маталоферментів.  
Ліганди (зокрема, ліпоєва, аскорбінова кислоти і ін.) та елементи-метали  можуть виступати як активатори або інгібіторів різних ферментів, що обумовлює їхню суттєву роль у ензімотерапії різних захворювань. У сучасній медицині метало-лігандні комплекси виступають у якості самостійних терапевтичних агентів, являються важливими компонентами раціонального харчування.

Макроелементи, які формують структури тканин і органів 
Кисень (О). З лікувальною метою застосовується дозований вплив на організм кисню для поліпшення обмінних процесів.  
Вміст кисню в організмі дорослої людини становить близько 62% від загальної маси тіла. Головною функцією молекулярного кисню в організмі є окислювання різних з'єднань. Разом з воднем кисень утворить воду, вміст якої в організмі дорослої людини в середньому становить близько 55-65%. 
Основні прояви дефіциту кисню: у гострих випадках, тобто при повному припиненні надходження кисню, гострих отруєннях, виникає втрата свідомості, розлад  функцій вищих відділів ЦНС; у хронічних випадках - підвищена втомлюваність, функціональні порушення діяльності ЦНС, серцебиття і задуха при незначному фізичному навантаженні, зниження реактивності імунної системи.