كم يمكن أن الفرق عشر النانومتر جعل؟ عندما يتعلق الأمر معرفة كيفية عمل البروتينات ، يمكن أن تحسن في قرار من هذا المبلغ ضئيلة تعني الفرق بين رؤية المكان الذرات وفهم كيف تتفاعل.
العليا والوسطى لوحات : تفاصيل الذرية من الزنك ملزمة لنقل البروتين والزنك ، والمعروفة باسم YiiP. اللوحة السفلى : والكرتون والزنك ملزمة توضح كيف يمكن تغيير شكل البروتين لتنظيم هندسة تنسيق الموقع النشط للنقل الزنك (كما هو موضح في لوحة رباعي الاسطح الأوسط).
مثال على ذلك : جديدة ، وتحسين الدقة وجهات النظر من البروتين الناقل الزنك فك رموز في الإدارة الأمريكية المختبر الوطني للطاقة بروكهافن توفير يست مجرد هيكل ولكن أيضا آلية مقترحة لكيفية خلايا الشعور وتنظيم الزنك ، وهو عنصر ضروري للحياة ، ولكن الذي يجب أن يبقى في حالة مستقرة لتجنب مشاكل مثل الصرع ، والسكري ، وربما مرض الزهايمر.
النتائج الجديدة ، التي ستنشر على الانترنت يوم 13 سبتمبر 2009 ، من قبل الطبيعة والبيولوجيا الجزيئية الهيكلي ، توحي أيضا أهدافا للعقاقير والزنك التنظيم ، وربما حتى قبل فهم مماثلة الزنك والإنزيمات التي تنظم في البلاستيدات الخضراء النبات مع الآثار المحتملة للوقود الحيوي الإنتاج.
"هدفنا هو الكشف عن التفاعلات النووية في بنية البروتين لفهم الكيمياء التي ترتكز عليها وظيفة البروتين البيولوجية" ، وقال بروكهيفين الأحياء داكس فو ، الذي قاد فريق البحث. "مع هذه البنية ، يمكننا أن نبدأ في فهم آلية النقل الزنك على مستوى الكيميائية".
تم الكشف عن هيكل باستخدام الأشعة السينية البلورات في مختبر بروكهافن الوطني مصدر ضوء السنكروترون (NSLS) ، وهو مصدر مكثفة الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء. من خلال دراسة كيفية الأشعة السينية ترتد تبلور عينات من البروتين ، يمكن للعلماء إعادة بناء المكان والتوجه من ذرات هذا البروتين في ثلاثة أبعاد.
وكان فريق بروكهيفين المستخدمة سابقا NSLS لحل بنية البروتين الناقل الزنك في دقة أقل *. لتحقيق الهيكل الجديد والمحسنة ، وأضاف العلماء ذرات الزئبق لتحقيق الاستقرار في التعبئة البروتين في البلورات. زاد هذا القرار من رؤية الأشعة السينية الخاصة بهم من قبل مجرد انجستروم (العاشر من نانومتر). ولكن لأنها جلبت القرار الشامل لبنيتها إلى أقل بقليل من 3 انغستروم -- النقطة التي تبدأ ذرات الفردية لتصبح مرئية -- مكن العلماء لمعرفة البروتين في العمل لأنها ملزمة ونقلها إلى أيونات الزنك.
باستخدام المسابر نيون ، كما درس العلماء كيف البروتين تغيير شكل ردا على الزنك ملزمة. واختبارها كيفية إدخال تغييرات على العناصر البنيوية للالزنك البروتين الناقل سيؤثر على قدرتها على نقل الزنك.
معا ، وهذه التجارب تشير إلى آلية ذاتية التنظيم لنقل الزنك : ملزم الزنك داخل الخلية يطلق المفصلي تشبه حركات جزأين اشمئزاز كهربائيا من البروتين التي تقع داخل الداخلية للخلية ، مما يؤدي الى تغيير متعلق بتكوين جزئي في جزء من البروتين الذي يخترق غشاء الخلوي. لذلك عندما مستويات الزنك داخل الخلية ارتفاع عال جدا ، وهذا الشكل يتحول بطريقة ما يدفع أيونات الزنك من خلال الغشاء والخروج من الخلية.
"بالضبط كيف بروتين يدفع أيونات الزنك من خلال الغشاء قد يتحدد بعد" ، وقال فو ، الذي أضاف أن هذا سيكون محور البحث في المستقبل.
تصور وأضاف ، والمخدرات التي تربط إلى أجزاء الزنك الاستشعار من البروتين يمكن استخدامها لتعديل الزنك نشاط النقل والمساعدة في ضبط مستويات الزنك والعلاجات الممكنة للأمراض مثل اضطرابات الاستيلاء أو مرض السكري. وقدمت بروكهيفين العلوم شركاه ، والذي يدير مختبر بروكهافن ، وطلب البراءة المتصلة بهذا العمل.
بالإضافة إلى ذلك ، لأن البروتينات المعدنية الأخرى العمارة نقل حصة مماثلة مع الزنك البروتين الناقل ، قد نتائج هذه الدراسة تقدم للتفاهم من اضطرابات طبية أخرى مرتبطة الخلل المعادن ، فضلا عن تطوير العلاجات الممكنة لتلك الشروط.
وعلاوة على ذلك ، قد يكون لها آثار هذا العمل للباحثين يحاولون تحسين آفاق إنتاج الكتلة الحيوية في النباتات ، وعنصرا أساسيا في تطوير الوقود الحيوي. الزنك هو عنصر أساسي المشترك عاملا في مجموعة من ردود الفعل في البلاستيدات الخضراء ، موقع الضوئي. ولكن كما هو الحال في الحيوانات ، ويمكن أن تكون المعادن الزائدة شديدة السمية في النباتات. وبالتالي ، يمكن للمساعدة في توضيح الدراسات الزنك ونقل وظيفة البروتين تساعد العلماء على فهم كيفية الحفاظ على النباتات على التوازن الدقيق اللازمة لنمو مثالية.
الدراسات المستقبلية لهياكل البروتين في مختبر بروكهافن الوعد للكشف عن تفاصيل الآلية أكبر عندما يكون مصدر الضوء من جديد ، والمعروفة باسم NSLS الثاني ، ويفتح في عام 2015. هذا المرفق ، والآن قيد الإنشاء ، سيتم 10000 مرات أكثر إشراقا من NSLS. ان زيادة في السطوع -- وبالتالي قرار -- سيكون من المهم بشكل خاص في دراسة بروتينات الغشاء ، والتي تمثل الغالبية العظمى من البروتينات التي تهم تلك العقاقير النامية ، ولكنها أيضا كثيرا ما تكون صعبة لبلورة.
"كما يتضح من هذه الدراسة ، حتى التحسينات الصغيرة في القرار حيود الأشعة السينية يمكن أن تقدم كثيرا من فهمنا الآلية وظيفة بروتين" ، وقال فو.
أجري هذا البحث في beamline X25A في NSLS. وأيد العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة ، ومكتب وزارة الطاقة للعلوم (مكتب علوم الطاقة الأساسية) ، ودائرة علم الأحياء في مختبر بروكهافن.