Instant messaging i proteiner opdaget

Proteiner er essentielle for enhver levende celle og ansvarlig for mange grundlæggende processer. I særdeleshed, de er nødvendige som biokatalysatorer i stofskiftet og til signalering inde i cellen og mellem celler. Mange sygdomme opstår som følge af fejl i denne kommunikation, og oprindelsen af ​​signalering i proteiner har været en kilde til stor videnskabelig debat. Nu, for første gang, et team af forskere ved universitetet i Göttingen har faktisk observeret de mobile protoner, der udfører dette arbejde i hver eneste levende celle, giver dermed ny indsigt i mekanismerne. Resultaterne blev offentliggjort i Natur .

Forskere fra universitetet i Göttingen ledet af professorerne Kai Tittmann og Ricardo Mata fandt en måde at dyrke proteinkrystaller af høj kvalitet af et menneskeligt protein på. DESY-partikelacceleratoren i Hamborg gjorde det muligt at observere protoner (subatomære partikler med en positiv ladning) bevæge sig rundt i proteinet. Denne overraskende "protonernes dans" viste, hvordan fjerne dele af proteinet var i stand til at kommunikere øjeblikkeligt med hinanden - som elektricitet, der bevæger sig ned ad en ledning.

Ud over, Tittmanns gruppe opnåede højopløsningsdata for adskillige andre proteiner, viser i hidtil uset detaljer strukturen af ​​en slags hydrogenbinding, hvor to tungere atomer effektivt deler en proton (kendt som "lavbarriere hydrogenbinding"). Dette var den anden overraskelse:dataene beviste, at lavbarriere hydrogenbinding faktisk eksisterer i proteiner, der løser en årtier lang kontrovers, og spiller faktisk en væsentlig rolle i processen.

"Protonbevægelserne, vi observerede, minder meget om legetøjet kendt som en Newtons vugge, hvor energien øjeblikkeligt transporteres langs en kæde af ophængte metalkugler. I proteiner, disse mobile protoner kan umiddelbart forbinde andre dele af proteinet, " forklarede Tittmann, som også er Max Planck Fellow ved Max Planck Institute for Biophysical Chemistry i Göttingen. Processen blev simuleret ved hjælp af kvantekemiske beregninger i professor Matas laboratorium. Disse beregninger gav en ny model for protonernes kommunikationsmekanisme. "Vi har vidst i et stykke tid, at protoner kan bevæge sig på en fælles måde, som i vand for eksempel. Nu ser det ud til, at proteiner har udviklet sig på en sådan måde, at de faktisk kan bruge disse protoner til signalering."

Forskerne mener, at dette gennembrud kan føre til en bedre forståelse af livets kemi, forbedre forståelsen af ​​sygdomsmekanismer og føre til ny medicin. Dette fremskridt skulle muliggøre udviklingen af ​​omskiftelige proteiner, der kan tilpasses til en lang række potentielle anvendelser inden for medicin, bioteknologi og miljøvenlig kemi.