Сколько разница может десятой нанометра сделать? Когда дело доходит до выяснения того, как белки работы, улучшение в решении, что незначительный объем может означать разницу между наблюдением, где атомы и понимания того, как они взаимодействуют.
Верхнего и Среднего панели: Атомная детали цинка связывание белка цинка транспортер, известный как YiiP. Нижняя панель: мультфильм иллюстрации того, как связывания цинка может измениться форма белка для регулирования координации геометрия активного центра для цинка транспорта (показан как тетраэдр в панель посередине).
Показательный пример: Новый, улучшенный разрешением видом цинка белка транспортера расшифрованы на департамент США Брукхейвенской национальной лаборатории энергетики обеспечить не только структуру, но и предложил механизм, как клетки смысле и регулировать цинк, элемент, который имеет важное значение для жизни , но которая должна храниться в устойчивом состоянии, чтобы избежать таких проблем, как судороги, сахарный диабет, и, возможно, болезнь Альцгеймера.
Новые данные, которые будут опубликованы в сети 13 сентября 2009 года, Природа Структурные и молекулярной биологии, также свидетельствуют о цели цинк регулирует наркотиков, и может даже улучшить понимание подобных цинк регулирует ферменты растений хлоропласты с возможными последствиями для биотоплива производства.
«Нашей целью является выявление атомных взаимодействий в структуре белка, чтобы понять химию, лежащую в основе биологической функции белка", сказал Брукхейвенской биолог Dax-фу, который возглавлял исследование. "При такой структуре, мы можем начать понимать механизм цинка транспорта на химическом уровне."
Структура была выявлена с помощью рентгеновской кристаллографии в Брукхейвенской Национальной лаборатории синхротронного излучения в источнике (NSLS), источником интенсивного рентгеновского, ультрафиолетового и инфракрасного света. Изучая как рентгеновские лучи отражаются от кристаллизуется образцов белков, ученые могут реконструировать расположение и ориентацию атомов белка в трех измерениях.
Брукхейвенской команда ранее использовали NSLS решить цинка структуры белка транспортера на более низкое разрешение *. Для достижения новых и улучшенную структуру, ученые добавили атомами ртути для стабилизации белков упаковки в кристаллах. Это увеличило разрешение их рентгеновское зрение всего на ангстрем (десятые доли нанометра). Но так как он принес полное разрешение их структуры чуть ниже 3 ангстрем - точка, в которой отдельные атомы начинают становиться видно - она позволила ученым увидеть белка в действии, как она связана с и транспортируют ионы цинка.
Использование флуоресцентных зондов, ученые также изучали, как белка изменили форму в ответ на цинк обязательными. И они проверили, как изменения структурных элементов цинка белка транспортера будут влиять на его способность транспортировать цинка.
Вместе взятые, эти эксперименты позволяют предположить, авто-механизма регулирования цинка транспорта: Цинк обязательными в клетке вызывает шарнирно как движения двух электрически отталкивающей части белков, которые лежат в интерьере клетки, что приводит к конформационные изменения в часть белок, который проходит клеточной мембраны. Поэтому, когда уровень цинка в ячейке поднималась слишком высоко, это трансформация как-то толкает цинка ионов через мембрану и из клетки.
"Точно, как белка толкает цинка ионов через мембрану до сих пор не определены", сказал Фу, который добавил, что это будет область для дальнейших исследований.
Не исключено, добавил он, наркотики, которые связываются с цинком зондирования части белка может быть использован для модуляции цинка транспортной деятельности и помогать корректировать уровень цинка в качестве возможных методов лечения таких заболеваний, как эпилепсия или диабет. Брукхейвенской науки Associates, которая управляет Брукхейвенской лаборатории, подал заявку на получение патента, связанных с этой работой.
Кроме того, из другого металла транспортировки белки имеют сходные архитектуры с цинком белков транспортер, результаты этого исследования могут улучшить понимание других медицинских расстройств, связанных с дисбалансом металла, а также разработка возможных методов лечения этих условий.
Кроме того, эта работа может иметь последствия для исследователи пытаются улучшить перспективы производства биомассы в растениях, важнейшим компонентом для развития биотоплива. Цинк является важным сопутствующим фактором во множестве реакций в хлоропласты, сайт фотосинтеза. Но как это имеет место у животных, избыток металлов могут быть очень токсичными в растениях. Следовательно, исследования, чтобы помочь выяснить цинк-транспортного белка функция может помочь ученым понять, как растения поддержания хрупкого баланса необходимо для идеального роста.
Будущие исследования белковых структур в Брукхейвенской лаборатории обещание раскрыть еще больший механистической подробно, когда новый источник света, известный как NSLS-II, откроется в 2015 году. Таким учреждением, в настоящее время в стадии строительства, будет 10 000 раз ярче, чем NSLS. Это повышение в яркости - и, следовательно, разрешение - будет особенно важным в изучении мембранных белков, которые составляют подавляющее большинство белков, представляющих интерес для тех развивающихся наркотиков, но которые также зачастую трудно кристаллизоваться.
"Как показывает данное исследование, даже небольшое повышение рентгеновской дифракции разрешение может значительно продвинуть нашу механистического понимания функции белка", сказал Фу.
Это исследование было выполнено на beamline X25A на NSLS. Работа выполнена при поддержке Национального института здоровья, офис МЭ науки (Управление основной энергии наук), а также биологический факультет в Брукхейвенской лаборатории.