Forskere tegner en lille cellulær nanomaskin

Forskere har udarbejdet molekylære tegninger af en lille cellulær 'nanomachine', hvis evolution er en ekstraordinær naturpræstation, ved at bruge en af ​​de klareste røntgenkilder på Jorden.

Forskerne fremstillede det strukturelle kort over denne nanomaskin - diacylglycerol kinase - ved hjælp af en "hit and run" krystallografi teknik.

Derved, de har været i stand til at forstå, hvordan det lille enzym udfører kritiske cellulære opgaver - besvare spørgsmål, der har været på bordet i over 50 år om dette 'paradigmatiske protein'.

Kinaser er nøglespillere i metabolisme, cellesignalering, proteinregulering, mobil transport, sekretoriske processer, og mange andre cellulære veje, der giver os mulighed for at fungere sundt. De koordinerer overførsel af energi fra bestemte molekyler til bestemte substrater, påvirker deres aktivitet, reaktivitet, og evne til at binde andre molekyler.

Diacylglycerol kinase, fokus for denne undersøgelse, spiller en rolle i bakteriel cellevægssyntese. Det er en lille, integreret membranenzym, der koordinerer en særlig kompleks reaktion:dets lipidsubstrat er hydrofobt (frastødt af vand) og findes i cellemembraner, mens dets co-substrat, ATP, er helt vandopløseligt.

Hvordan det gjorde, var forblevet et mysterium i årtier, men de nyproducerede tegninger har besvaret disse spørgsmål.

"Hvordan denne diminutive nanomachine, mindre end 10 nm høj, bringer disse to forskellige substrater sammen ved membraninterfacet for reaktion afsløres i en molekylært detaljeret krystalstruktur. Det er den mindste kendte kinase, og at se dens form med krystalklarhed hjælper os nu med at besvare spørgsmål, der opstod fra over 50 års arbejde med dette paradigmatiske protein, "sagde professor i membranstrukturel og funktionel biologi, på School of Biochemistry and Immunology på Trinity College Dublin, Martin Caffrey.

At finde ud af, hvordan denne lille maskine fungerer på molekylært niveau, blev enormt lettere ved vores brug af en af ​​de klareste røntgenkilder på Jorden, røntgenfri elektronelaser ved Stanford Linear Accelerator Center.

Professor Caffrey tilføjede:"Dette instrument producerer bursts af røntgenstråler kun femtosekunder (en quad-billioner af et sekund) langt. Med disse korte bursts var vi i stand til at få strukturel information om enzymet, før det fordampede gennem strålingsskader i det, jeg trinity betegnes som 'Hit and Run' seriel krystallografi. "

I fremtiden, forskerne håber at kunne udvide deres gratiselektronlaserarbejde til at lave 'røntgenfilm' af denne bemærkelsesværdige nanomaskin, for at se hvordan det 'gør kemi' i atomiske detaljer i realtid.

Artiklen, der beskriver værket, blev i dag offentliggjort i det førende tidsskrift Naturkommunikation .