Hur mycket kan skillnaden ett tionde av en nanometer göra? När den kommer till att figurera ut hur proteiner fungerar, kan en förbättring i upplösning av det lilla belopp betyda skillnaden mellan att se var atoms är och överenskommelse hur de påverkar varandra.
Övre- och Mellersta Paneler: Atom- specificerar av zincbandet till zinctransporterproteinet, bekant som YiiP. Fäll Ned panelen: En tecknad film som illustrerar, hur zincbandet kan ändra proteinet, formar för att reglera koordinationsgeometrin av aktivplatsen för zinctransport (som visas som en tetrahedron i mellersta panel).
Fallet pekar in: Ny beskådar förbättra-upplösning av ett zinctransporterprotein som dechiffreras på U.S.-Avdelningen av Energis den Brookhaven Medborgare som Laboratoriumet ger inte precis en strukturera, men också gillar en möjlig mekanism för, hur celler avkänner och reglerar zinc, en beståndsdel, som är nödvändig för liv, men, som måste hållas på en statlig stödja för att undvika, problem beslag, sockersjuka och eventuellt Alzheimers sjukdom.
Det nya rönet, att publiceras direktanslutet på September 13, 2009, av Strukturell & Molekylär Biologi för Natur, föreslår också uppsätta som mål för zinc-reglerande droger och kan även för- överenskommelsen av liknande zinc-reglerande enzym i växtchloroplasts med möjlighetimplikationer för biobränsleproduktion.
”Är Vårt mål att avslöja atom- växelverkan i ett protein strukturerar för att förstå att kemin som underligger det biologiska proteinet, fungera,”, sade den Brookhaven biologen Dax Fu, som ledde forskningen. ”Med detta strukturera, oss kan börja att förstå att mekanismen av zinctransport på ett kemiskt jämnar.”,
Strukturera avslöjdes genom att använda röntgenstrålecrystallography på det Brookhaven Labb Källan för Synchrotronen för Medborgare Lätt (NSLS), en källa av den intensiva röntgenstrålen, ultraviolet och infrared lätt. Genom att studera, hur röntgenstrålar studsar av kristalliserat, tar prov av ett protein, forskare kan rekonstruera läget, och riktningen av protein atoms i tre dimensionerar.
Det Brookhaven laget hade föregående använt NSLS för att lösa ett zinctransporterprotein strukturerar på lägre resolution*. Att uppnå ny-och-förbättrad strukturera, de forskare tillfogade kvicksilveratomsna för att stabilisera proteinemballage i kristallerna. Detta ökade upplösningen av deras röntgenstrålevision vid en bara angstrom (tionde av en nanometer). Men, därför att det kom med den total- upplösningen av deras, strukturera till precis nedanföra 3 angstroms - peka som individatoms börjar att bli på synliga - det möjliggjorde forskarna för att se proteinet i handling som det som är destinerat till, och transporterade zincjoner.
Genom Att Använda fluorescerande sonder, de utstuderade forskarna också hur det ändrande proteinet formar som svar på zincbandet. Och de testade hur ändringar till strukturella beståndsdelar av det skulle zinctransporterproteinet påverkar dess kapacitet att transportera zinc.
Tillsammans föreslår dessa experiment enreglerande mekanism för zinctransport: Zincbandet inom cellen startar förse med gångjärn-något liknande förehavanden av motbjudande två portionr elektriskt av proteinet som ligger inom cellens inre, som resulterar i en conformational ändring i portion av proteinet, som korsar det cell- membranet. , när Så zinc jämnar insida kicken för celllöneförhöjningen för, formar detta växling skjuter somehow zincjoner till och med membranet och ut ur cellen.
”Exakt, hur proteinet skjuter zincjonerna till och med membranet, har ännu att vara beslutsam,”, sade Fu, som tillfogade att denna ska är en fokusera av framtida forskning.
Möjligtvis tillfogade hjälper han, droger, som röran till zinc-avkänningen portionr av proteinet kunde vara van vid modulerar zinctransportaktivitet, och att justera zinc jämnar som möjlighetbehandlingar för sjukdomar liksom beslagoordningar eller sockersjuka. Brookhaven VetenskapsBundsförvanter, som klarar av det Brookhaven Labbet, har sparat en patenterad applikation släkt till detta arbete.
I tillägg därför att annat belägger med metall transportera liknande arkitektur för proteinaktie med zinctransporterproteinet, kan rönet från denna studie för- överenskommelsen av andra medicinska oordningar som anknytas för att belägga med metall obalans, såväl som utvecklingen av möjlighetbehandlingar för de villkorar.
Dessutom kan detta arbete ha prövas implikationer för forskare som förbättrar utsikterna av biomassaproduktionen i växter, ett nödvändigt del- till utvecklingen av biobränslen. Zinc är ett nödvändigt co-dela upp i faktorer i en vara värd av reaktioner i chloroplasts, platsen av photosynthesis. Men som är fallet i djur, belägger med metall överskottsen kan vara högt giftlig i växter. Därför fungerar studier att hjälpa att belysa zinc-transporteren protein kunde hjälpa forskare att förstå hur växter underhåller det delikat balanserar nödvändigt för idealtillväxt.
Framtida studier av protein strukturerar på det Brookhaven Labblöftet att avslöja även mer stor mechanistic specificerar när en ny ljus källa som är bekant som NSLS-II, öppnar i 2015. Att lättheten, nu under konstruktion som ska är 10.000 tider ljusare än NSLS. Som föreställ stora majoriteten av proteiner av, Att ökning i skulle ljusstyrka - och därför upplösning - är bestämt viktig i studien av membranproteiner, intressera till de framkallande droger, men som var också ofta svår att kristallisera.
”Som illustrerat av denna studie, även kan lilla förbättringar i upplösning för röntgenstrålediffraction väldeliga för- vår mechanistic överenskommelse av protein fungera,”, sade Fu.
Denna forskning utfördes på beamlinen X25A på NSLSEN. Arbetet stöttades av MedborgareInstituten av det Vård-, DOE'SENS Kontoret av Vetenskap (Kontoret av Grundläggande EnergiVetenskaper) och av BiologiAvdelningen på det Brookhaven Labbet.