Белки встряхивают тела и махают конечностями, всеми с целью оптимизации своего взаимодействия с другими молекулами, включая другие белки. Эти крошечные движения, названные колебаниями, позволяют молекулам изменить форму быстро, чтобы связать друг с другом, который в свою очередь облегчает задачи как абсорбирующий кислород и восстанавливающие клетки.
Эффективность тела при выполнении этих функций зависит от того, как хорошо белки могут взаимодействовать.Но что делает один белок лучшим истцом, чем другой?Новое исследование проливает свет на этот вопрос, показывая, что в этом биологическом ухаживании, танцевальные движения имеют значение.«В прошлом исследование в области колебаний белка сосредоточилось много на энергии тех колебаний», говорит ведущий ученый Андреа Маркельц, доктор философии, преподаватель физики в Университете в Колледже Буффало Искусств и Наук. «Но то, что мы нашли, – то, что направление движения, кажется, имеет значение больше.
Направление движения – направление, в которое различные части белка перемещаются – может действительно определить, как хорошо белок выполняет свою биологическую функцию».Результаты помогают положить начало развитию наркотиков, предназначающихся для молекулярных колебаний. Такие фармацевтические препараты заблокировали бы белки от выполнения задач, которые способствуют болезни.
«Мы провели исследование, используя новую технику, мы развивали названную анизотропную микроскопию терагерца (ATM), которая показывает, как природа эксплуатирует движения белка повысить эффективность. Мы можем тогда оптимизировать эти движения для медицины и биотехнологии», говорит первый автор Кэтрин Ниссен, кандидат доктора философии UB в физике.Исследование, изданное 14 марта в Биофизическом Журнале, проводилось UB, Университетом Перуджи в Италии и Hauptman-лесничим Медицинский Научно-исследовательский институт. Это финансировалось Национальным научным фондом (NSF).
Фокстрот или танго?Исследование сосредоточило на курином яйце белый лизозим, белок, найденный в яичных белках.
Как первый шаг в их проекте, ученые сравнили регулярные колебания лизозима к колебаниям лизозима, когда это было связано с молекулой, присутствие которой заблокировало белок от выполнения его обычных биологических обязанностей.То, что видели ученые, было то, что свободные и запрещенные лизозимы вибрировали в подобных энергиях, но с отличными направлениями движения: свободный лизозим трепетал с подобным стержню колеблющимся действием – как крылья бабочки – в то время как запрещенный лизозим, перемещенный в больше, как будто режет ножницами образец.
«Результатом было коренное изменение от традиционного взгляда. Колебания изменили свое направление, как раз когда энергия движений осталась то же самое», говорит Маркелз. (Она добавляет, что как аналогия, это сродни двум людям, выполняющим различные танцы – фокстроту и танго, например – но проявляющим ту же самую сумму энергии.)
Динамичное то же самое появилось, когда команда сравнила регулярный лизозим с куриным яйцом мутанта белый лизозим, который был более эффективным при выполнении его работы. У мутанта и нормальных лизозимов были те же самые вибрационные энергии, но различные вибрационные направления.
Инструмент под ключ для измерения колебанийИсследование в области молекулярных колебаний могло открыть новые пути для разработки лекарственного средства, и искусственный сбор и преобразование побочной энергии (колебания могут объяснить, почему фотосинтез так эффективен). Но исторически, крошечные импульсы и учащенное сердцебиение в белках было очень трудно изучить.Маркелз надеется изменить это, разрабатывая инструмент под ключ, который ученые во всем мире могут использовать, чтобы исследовать колебания.
Чтобы изучить куриное яйцо белый лизозим, ее команда использовала метод банкомата, который ее исследовательская группа развивала внутренний. В отличие от других методов, используемых, чтобы исследовать колебания белка, банкомат позволяет ученым наблюдать не только вибрационные энергии, но также и направление движений.
NSF недавно предоставил Маркелзу грант в размере почти 400 000$, чтобы коммерциализировать простой в использовании инструмент банкомата, который расширит возможность научного сообщества исследовать молекулярные колебания. Устройство представляло бы большой прогресс по другим существующим методам, которые предоставляют только грубый обзор колебаний и требуют чрезвычайно сухой и холодной окружающей среды и дорогих средств, говорит Маркелз.