Biokemikere afslører, hvordan komplekst molekyle flytter jern gennem kroppen

Ny forskning giver frisk indsigt i, hvordan en vigtig klasse af molekyler skabes og flyttes i menneskelige celler.

I årevis vidste forskerne, at mitokondrier - specialiserede strukturer inde i celler i kroppen, der er essentielle for åndedræt og energiproduktion - var involveret i samlingen og bevægelsen af ​​jern-svovl-cofaktorer, nogle af de mest essentielle forbindelser i den menneskelige krop. Men indtil nu har forskerne ikke forstået præcis, hvordan processen fungerede.

Ny forskning, offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications , fandt ud af, at disse cofaktorer flyttes ved hjælp af et stof kaldet glutathion, en antioxidant, der hjælper med at forhindre visse typer celleskade ved at transportere disse essentielle jernkofaktorer over en membranbarriere.

Glutathion er især nyttig, da det hjælper med at regulere metaller som jern, som bruges af røde blodlegemer til at lave hæmoglobin, et protein, der er nødvendigt for at hjælpe med at transportere ilt gennem hele kroppen, sagde James Cowan, medforfatter af undersøgelsen og en fremtrædende universitetsprofessor. emeritus i kemi og biokemi i Ohio State.

"Jernforbindelser er afgørende for den korrekte funktion af cellulær biokemi, og deres samling og transport er en kompleks proces," sagde Cowan. "Vi har bestemt, hvordan en specifik klasse af jern-cofaktorer flyttes fra et cellulært rum til et andet ved brug af komplekst molekylært maskineri, hvilket gør det muligt at bruge dem i flere trin af cellulær kemi."

Jern-svovl-klynger er en vigtig klasse af forbindelser, der udfører en række forskellige metaboliske processer, som at hjælpe med at overføre elektroner i produktionen af ​​energi og lave nøglemetabolitter i cellen, samt hjælpe med replikationen af ​​vores genetiske information.

"Men når disse klynger ikke fungerer korrekt, eller når nøgleproteiner ikke kan få dem, så sker der dårlige ting," sagde Cowan.

Hvis det er ude af stand til at fungere, kan det beskadigede protein give anledning til adskillige sygdomme, herunder sjældne former for anæmi, Friedreichs ataksi (en lidelse, der forårsager progressiv skade på nervesystemet) og en lang række andre metaboliske og neurologiske lidelser.

Så for at studere, hvordan denne essentielle mekanisme virker, begyndte forskerne med at tage en svamp kaldet C. thermophilum, identificere det vigtigste proteinmolekyle af interesse og producere store mængder af dette protein til strukturel bestemmelse. Undersøgelsen bemærker, at det protein, de undersøgte i C. thermophilum, i det væsentlige er en cellulær tvilling af det humane protein ABCB7, som overfører jern-svovlklynger i mennesker, hvilket gør det til det perfekte eksemplar til at studere eksport af jern-svovlklynge hos mennesker.

Ved at bruge en kombination af kryo-elektronmikroskopi og beregningsmodellering var holdet derefter i stand til at skabe en række strukturelle modeller, der beskriver den vej, som mitokondrier bruger til at eksportere jernkofaktorerne til forskellige steder inde i kroppen. Mens deres resultater er afgørende for at lære mere om de grundlæggende byggesten i cellulær biokemi, sagde Cowan, at han er spændt på at se, hvordan deres opdagelse senere kan fremme medicin og terapi.

"Ved at forstå, hvordan disse cofaktorer samles og flyttes i menneskelige celler, kan vi lægge grunden til at bestemme, hvordan man kan forebygge eller lindre symptomer på visse sygdomme," sagde han. "Vi kan også bruge den grundlæggende viden som grundlaget for andre fremskridt i forståelsen af ​​cellulær kemi." + Udforsk yderligere

Strukturel indsigt i Fe-S-proteinbiogenese