Οι ερευνητές σχεδιάζουν ένα ευέλικτο σύστημα που αποφεύγει τη σύνδεση με πρωτεΐνες χαλκού

Η σχεδιασμένη δομή μεταλλικής πρωτεΐνης με επιλεκτικές θέσεις δέσμευσης μετάλλων. Πίστωση: Zhong Joy Yu

Μπορεί σε πολλούς να φαίνεται αντιφατικό, αλλά τα μεταλλικά ιόντα παίζουν σημαντικό ρόλο στη ζωή, εκτελώντας μερικές από τις πιο σημαντικές βιολογικές διεργασίες. Σκεφτείτε την αιμοσφαιρίνη – μια μεταλλική πρωτεΐνη που είναι υπεύθυνη για τη μεταφορά οξυγόνου στα όργανα του σώματος μέσω των ερυθρών αιμοσφαιρίων. Οι μεταλλοπρωτεΐνες είναι πρωτεΐνες συνδεδεμένες με τουλάχιστον ένα μεταλλικό ιόν. Στην περίπτωση της αιμοσφαιρίνης, αυτό το ορυκτό είναι ο σίδηρος.


Για να λειτουργήσουν σωστά οι μεταλλικές πρωτεΐνες, πρέπει να συνδυαστούν με τις σωστές μεταλλικές πρωτεΐνες ιόν μετάλλου— η αιμοσφαιρίνη μπορεί να λειτουργήσει μόνο με σίδηρο. Ωστόσο, η σύνδεση με τη μεταλλοπρωτεΐνη συνήθως υπόκειται σε ένα αυστηρό καθεστώς, που ονομάζεται αλυσίδα Irving Williams, το οποίο υπαγορεύει ότι ιόντα χαλκού Θα πρέπει να συνδέεται με πρωτεΐνες σε σχέση με άλλα μέταλλα.

Με άλλα λόγια, εάν το κύτταρο περιέχει ίσες ποσότητες διαφορετικών μεταλλικών ιόντων, τότε οι περισσότερες από τις κυτταρικές πρωτεΐνες και άλλα συστατικά θα συνδεθούν με χαλκός, γεγονός που οδηγεί σε απόφραξη των κυψελωτών μηχανημάτων κατά τη διαδικασία. Αυτός είναι ο λόγος που οι οργανισμοί ξοδεύουν πολλή ενέργεια διατηρώντας πολύ αυστηρούς ελέγχους στην ποσότητα του ελεύθερου χαλκού που υπάρχει στα κύτταρα.

Ερευνητές στο Τμήμα Φυσικών Επιστημών του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια, στο Σαν Ντιέγκο, αναφέρουν μια νέα στρατηγική σχεδιασμού πρωτεΐνης για την αποφυγή της αλυσίδας Irving Williams. Τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν νωρίτερα αυτή την εβδομάδα στο περιοδικό φύση.

Ο καθηγητής Χημείας και βιοχημείας Akef Tezkan και ο μεταδιδακτορικός ερευνητής Tai Su Choi σχεδίασαν μια εύκαμπτη πρωτεΐνη που δεσμεύει επιλεκτικά άλλα μεταλλικά ιόντα πάνω από τον χαλκό, ανοίγοντας το δρόμο για το σχεδιασμό νέων λειτουργικών πρωτεϊνών και παραγόντων απομόνωσης μετάλλων. Οι Choi και Tezcan ανακάλυψαν ότι η επιλεκτική δέσμευση με μέταλλα που δεν ήταν χαλκού απαιτούσε μια συνθετική πρωτεΐνη για την παροχή ενός πολύ συγκεκριμένου συνόλου αμινοξέων και σχεδιασμένη για να κάνει διάκριση έναντι του χαλκού. Αυτή η ανακάλυψη απαιτεί μια ασυνήθιστη σχεδιαστική προσέγγιση.

“Ο σχεδιασμός πρωτεΐνης συνήθως περιλαμβάνει την προσπάθεια δημιουργίας μιας ξεχωριστής δομής πρωτεΐνης που μπορεί να εκτελέσει μια συγκεκριμένη λειτουργία, όπως μια κατάλυση. Αυτή η προσέγγιση είναι ντετερμινιστική στη φύση και ακολουθεί μια ακολουθία σχεδίασης μίας δομής-μίας λειτουργίας”, δήλωσε ο Tezcan. “Στην καλύτερη περίπτωση, έχετε τη δομή και τη λειτουργικότητα που σχεδιάστηκε. Ωστόσο, αυτή η προσέγγιση αφήνει λίγα περιθώρια για ανακάλυψη νέων αρχών σχεδίασης ή απροσδόκητα αποτελέσματα, τα οποία είναι πιθανό να είναι πιο σημαντικά από ό,τι είχε αρχικά προγραμματιστεί.”

Ο Tezkan και ο Choi ακολούθησαν μια πιθανολογική προσέγγιση. Αρχικά, η σχεδιασμένη πρωτεΐνη τους δεν σχεδιάστηκε για να έχει μια μοναδική δομή που θα δέσμευε επιλεκτικά σε έναν συγκεκριμένο τύπο μετάλλου. Δημιούργησαν ένα ελαστικό σύστημα που μπορεί να τακτοποιηθεί με πολλούς τρόπους ώστε να δεσμεύει διαφορετικά μεταλλικά ιόντα σε διαφορετικές γεωμετρίες. Ήταν αυτή η ευελιξία που τους οδήγησε σε ένα συμπέρασμα που δεν είχαν αρχικά προγραμματίσει.

«Κατά την ανάλυση αυτών των συστημάτων, είδαμε ότι οι πρωτεΐνες ήταν συνδεδεμένες με τα ιόντα κοβαλτίου και νικελίου πριν από τον χαλκό, κάτι που δεν είναι η φυσική διάταξη των πραγμάτων», είπε ο Τσόι. “Δημιουργήσαμε μια υπόθεση και δοκιμάσαμε νέες παραλλαγές. Μετά από εκτενή ανάλυση, συνειδητοποιήσαμε ότι θα μπορούσαμε να δημιουργήσουμε ένα περιβάλλον πρωτεΐνης όπου ο χαλκός δεν είναι ευνοϊκός.”

«Αυτό είναι ένα παράδειγμα σχεδιασμού μονοπατιού παρά στόχου», εξήγησε ο Tezcan. “Προσωπικά, πιστεύω ότι αυτός είναι ένας πιο συναρπαστικός τρόπος προσέγγισης του προβλήματος του σχεδιασμού πρωτεϊνών. Ενσωματώνοντας ένα στοιχείο ευελιξίας στο σχέδιο, αφήνουμε ανοιχτή την πιθανότητα διαφορετικών αποτελεσμάτων και νέων αρχών σχεδίασης που δεν γνωρίζαμε προηγουμένως.”

Βρείτε εκλεκτικό μέταλλο δεσμευτικό και πρωτεΐνη Ο σχεδιασμός είναι σημαντικός πέρα ​​από την καλύτερη κατανόηση των βασικών της ζωής. Θα μπορούσε επίσης να θέσει τα θεμέλια για πιο αποτελεσματικές λειτουργίες κατά την περιβαλλοντική αποκατάσταση, όπως όταν ορισμένα ορυκτά πρέπει να απομονωθούν σε μολυσμένο νερό. Ο σχεδιασμός πρωτεϊνών είναι επίσης σημαντικό μέρος της φαρμακευτικής έρευνας και ανάπτυξης.

Έθεσε το ερώτημα «Μπορούμε ο σχεδιασμός Choi είπε: Πρωτεΐνες που μπορούν επιλεκτικά να συνδεθούν με μέταλλα ή να έχουν καταλυτικές αλληλεπιδράσεις με τρόπους που η εξέλιξη δεν έχει ακόμη εφεύρει; «Ακριβώς επειδή η βιολογία δεν το κάνει, αυτό δεν σημαίνει ότι δεν είναι δυνατό».


Ερευνητές αναπτύσσουν ένα μόριο που αναστέλλει εκφυλιστικές διεργασίες που σχετίζονται με τη νόσο του Αλτσχάιμερ


περισσότερες πληροφορίες:
Tai Su Choi et al., Υπερνίκηση παγκόσμιων περιορισμών στην επιλεκτικότητα μετάλλων μέσω του σχεδιασμού πρωτεΐνης, φύση (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-04469-8

το απόσπασμα: Ερευνητές σχεδιάζουν ευέλικτο σύστημα που αποφεύγει τη δέσμευση με πρωτεΐνες χαλκού (2022, 4 Μαρτίου) Ανακτήθηκε στις 5 Μαρτίου 2022 από https://phys.org/news/2022-03-flexible-sidesteps-copper-protein.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Ανεξάρτητα από οποιαδήποτε δίκαιη συναλλαγή για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν επιτρέπεται να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.

READ  «Super-Earth» 50% μεγαλύτερο από τον πλανήτη μας και τρεις φορές μαζικές τροχιές γύρω από ένα από τα παλαιότερα αστέρια, τον Milky Way, την αποστολή NASA TESS

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *