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Os Pesquisadores do Laboratório de Berkeley Descobrem a Acção do Atômico-Nível dos Motores Circulares da Proteína

Published on November 19, 2009 at 6:52 PM

A acção do atômico-nível de uma classe notável de motores circulares da proteína foi descoberta por pesquisadores com o Laboratório Nacional de Lawrence Berkeley (Laboratório de Berkeley) que usa um beamline avançado do cristalografia da proteína na Fonte Luminosa Avançada (ALS). Estes motores da proteína jogam papéis essenciais na expressão genética e na réplica, e são vitais à sobrevivência de todas as pilhas biológicas, assim como aos agentes infecciosos, tais como o papillomavirus humano, que foi ligado ao cancro do colo do útero.

James Berger (deixado) e Nathan Thomsen resolveram a estrutura de um motor importante da proteína chamado o factor da terminação da transcrição do Ró usando as capacidades do cristalografia da proteína de Beamline 8.3.1 na Fonte Luminosa Avançada do Laboratório de Berkeley. (Foto por Roy Kaltschmidt, Casos de Pubilc do Laboratório de Berkeley)

James Berger, um bioquímico e um biólogo estrutural que guardarasse nomeações comum com Ciências Biológicas Físicas Divisão do Laboratório de Berkeley e Departamento de Berkeley da Universidade Da California de Molecular e Biologia Celular, e Nathan Thomsen, um aluno diplomado em seu grupo de investigação, capturou um shapshot crítico da acção de uma enzima conhecida como o factor da terminação da transcrição do Ró. Nas bactérias, a proteína do motor do Ró liga a uma região específica de RNA de mensageiro e translocates ao longo da corrente para terminar selectivamente a transcrição em pontos discretos ao longo do genoma.

“Nós mostramos que o factor da terminação da transcrição do Ró de Escherichia Coli funciona como um motor giratório, bem como os motores encontrados em determinadas classes de aviões da hélice,” diz Berger. “Enquanto as rotações do motor, abastecidas pela energia química em nucleotides do ATP, ele puxam costas do RNA com ele são interiores, uma acção que permita o Ró de andar ao longo do RNA acorrentam. Interessante, o pedido de despedimento giratório do motor é inclinado de modo que a proteína do Ró possa andar em somente um sentido ao longo da corrente do RNA.”

Berger e Thomsen são os co-autores de um relatório de papel os resultados esta pesquisa que foi publicada na Pilha do jornal. O papel é intitulado: “Sendo Executado no reverso: a base estrutural para a polaridade da translocação em helicases hexameric.”

O factor do Ró é um membro da superfamília hexameric do helicase das enzimas - proteínas circulares compo de seis subunidades ou “cilindros independentes.” Os helicases de Hexameric são encontrados em todos os organismos e envolvidos em desenrolar e em mover costas do ADN e do RNA em torno da pilha. Há duas subfamílias de enzimas hexameric do helicase: AAA+ e RecA. O Ró pertence à família de RecA, que é a mais comum nas bactérias. Os motores de AAA+ são encontrados predominante nos eukaryotes, incluindo seres humanos, assim como alguns micróbios patogénicos humanos, tais como o papillomavirus. Estes motores são descidos de um antepassado comum distante para trás na evolução, mas têm propriedades distintas, especialmente eles andam ao longo das trilhas do ácido nucleico em sentidos opostos. Os Cientistas têm quiseram saber porque o movimento inclinado destes motores difere, Berger explicam.

“Se você quer compreender como uma enzima trabalha, e desenvolve talvez eventualmente a droga terapêutica que apagará acima dos trabalhos e para o motor de fazer seu trabalho, ajuda a conhecê-lo o que o motor olha como,” diz. “Nós somos o primeiro grupo para determinar a estrutura de cristal de uma classe de RecA de helicase do hexamer em um estado da translocação limitado a sua trilha do ácido nucleico e ATP. Em fazê-lo, nós travamos fortuitamente o motor em pleno acto do seguimento ao longo de uma corrente do RNA.”

Berger e Thomsen resolveram a estrutura deste motor da proteína do Ró usando as capacidades do cristalografia da proteína de ALS Beamline 8.3.1. O ALS é um synchrotron do elétron projetado acelerar elétrons às energias de quase dois bilhão volts de elétron (GeV) e focalizá-los em um feixe apertado em torno de um anel de armazenamento. Os Feixes da luz do ultravioleta e do raio X são extraídos deste feixe de elétron com o uso de dispositivos magnéticos da dobra, do wiggler ou do undulator. Estes feixes luminosos são cem milhão vezes mais brilhantes do que aquelas das melhores câmaras de ar de raio X. O ALS Beamline 8.3.1 é posto por um ímã superconducting da curvatura, ou pelo “superbend,” e tem as facilidades experimentais que oferecem a múltiplo-comprimento de onda a difracção anômala (LOUCA) e a capacidades monocromáticas do cristalografia da proteína.

“O brilho alto dos feixes de raio X e as capacidades experimentais em Beamline 8.3.1 eram críticos a nosso sucesso,” diz Berger, um dos porta-voz científicos para o beamline.

Que Berger e Thomsen encontrados de seus estudos estruturais eram os elementos obrigatórios desse nucleico-ácido no interior da espiral do anel do Ró em torno de seis bases do RNA. Quando os locais obrigatórios do ATP que estão acoplados a esta liberação do segmento do RNA sua energia química com a hidrólise do nucleotide, eles fizerem assim em uma maneira seqüencial que propague em torno do anel hexameric. Esta energia química é convertida no movimento mecânico que dita o sentido rotatório do motor do Ró baseado no pedido de despedimento dos locais do ATP.

“Pense dela gostam dos cilindros em um motor radial,” Berger diz. “O combustível e a entrada vêm dentro de um lado, conduzindo aos movimentos que fazem com que os cilindros girem ao redor um eixo de cames central do RNA. Contudo, porque os cilindros se encontram realmente fora do plano, andam ao longo do eixo de cames enquanto se movem.”

Em seu estudo, Berger e Thomsen encontraram que a natureza evoluiu um mecanismo giratório similar para a proteína do papillomavirus E1, um helicase hexameric da família de AAA+. Sua análise mostrou que o motor E1 se move no sentido oposto ao longo de uma corrente nucleica porque o pedido de despedimento rotatório de locais do ATP é invertido realmente. Determinar a estrutura molecular dos motores da proteína e aprender como se opera são críticas não somente à compreensão básica dos princípios moleculars que controlam a pilha, mas igualmente a ajudar esforços farmacêuticos da descoberta da droga.

O “ADN e o RNA são grandes e os polímeros macromoleculares incómodos que apresentam um desafio às máquinas moleculars que precisam de alcançar sua informação genética,” diz Berger. “Houve outros dois modelos propor para estes motores da proteína além do que o giratório, um um tipo de motor da tacada leve-tacada leve, em que todos os elementos obrigatórios activos hydrolyze o ATP simultaneamente, e o outro um modelo estocástico, por meio de que os locais do ATP são despedidos aleatoriamente. Nós mostramos que os motores do RecA-estilo usam o modelo giratório.”

Esta pesquisa foi apoiada financiando dos Institutos de Saúde Nacionais e o G. Harold e Leila Y. Mathers Fundação.

Last Update: 13. January 2012 10:06

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