211service.com
Pomiar kształtu białek właśnie stał się łatwiejszy dzięki matematyce
Struktura białka Analizy rdzeni białkowych ujawniają podstawowe różnice między strukturami roztworu a strukturami krystalicznymi
Białka są budulcem życia. Są to długie łańcuchy aminokwasów, które samoorganizują się w molekularne maszyny o niezwykłej złożoności. Maszyny te obejmują między innymi urządzenia komputerowe zwane rybosomami, szkielety rusztowań zwane mikrotubulami i podobne do nóg maszyny do chodzenia zwane kinezyną.
Ten proces samodzielnego składania jest jednym z największych cudów współczesnej nauki — prawie tak, jakby łańcuch klocków Lego miał nagle złożyć się w robota. Nikt nie jest do końca pewien, jak to się dzieje, ale naukowcy wiedzą, że kształt powstałej struktury determinuje funkcję białka i sposób jego interakcji z innymi białkami.
Dlatego pomiar kształtu białek jest kluczowym zadaniem. Najpopularniejszą metodą jest formowanie kryształów z białek, a następnie wykorzystanie krystalografii rentgenowskiej do określenia struktury białka.
To problem, ponieważ większość białek nie tworzy kryształów. A nawet jeśli tak się dzieje, cząsteczki białka mogą nie przybierać tego samego kształtu po upakowaniu, co prowadzi do niedokładności.
Inna technika, zwana magnetycznym rezonansem jądrowym, tworzy obrazy białek w roztworze, ale wymaga ich ciasnego upakowania w wiązki. Ponownie, tylko kilka białek może to zrobić.
Jednak za pomocą obu technik można zobrazować niewielką część białek. Jest to przydatne, ponieważ pozwala biologom molekularnym porównywać struktury wytwarzane przez każdą technikę.
I okazuje się, że struktury znalezione w każdej technice różnią się w znaczący sposób. Nie jest jednak jasne, co powoduje różnice i jak je interpretować.
Dziś to się zmienia, przynajmniej częściowo, dzięki pracy Zhe Mei i kolegów z Yale University w New Haven. Zespół ten zmierzył różnicę w strukturze białka określoną za pomocą krystalografii rentgenowskiej i NMR. I ustalili, dlaczego pojawia się różnica i jak ją skorygować.
Zespół rozpoczął od skompilowania bazy danych białek o strukturach określonych obiema technikami w wysokiej rozdzielczości. Okazuje się, że to stosunkowo niewielka lista — tylko 16 białek pasuje do rachunku.
Naukowcy stworzyli również bazę danych struktur białkowych krystalografii rentgenowskiej określonych przez kilka różnych grup w różnych temperaturach. Umożliwiło to zespołowi zbadanie wpływu temperatury na strukturę.
Następnie stworzyli matematyczny model sposobu, w jaki białka pakują się razem, tworząc stałe kryształy lub wiązki w roztworze do NMR.
Okazuje się, że gęstość upakowania może dokładnie wyjaśnić różnicę w strukturze dla obu technik, wiązki w roztworze mają większą gęstość niż kryształy. Fizyczną podstawę tych różnic identyfikujemy, modelując rdzenie białkowe jako zakleszczone upakowania cząstek o kształcie aminokwasów, twierdzą naukowcy.
Mogą również dostroić swój model matematyczny, zmieniając energię cieplną wykorzystywaną do generowania pakietów. Rzeczywiście, upakowanie białek, na które nie ma wpływu temperatura, ma mniej więcej taką samą gęstość jak struktury określone przez krystalografię rentgenowską
Sugeruje to, że temperatura odgrywa ważną rolę w strukturze upakowania białek, ponieważ struktury wyznaczone przez NMR są gęstsze. Wyniki te wskazują, że systemy termiczne mogą być upakowane gęściej niż systemy atermiczne, co sugeruje fizyczne podstawy różnic strukturalnych między strukturami białkowymi rozwiązanymi za pomocą NMR i krystalografii rentgenowskiej, mówią Mei i spółka.
Jednak temperatura to nie wszystko. Białka w strukturach krystalicznych są zmuszone do przybrania określonego kształtu, co zmniejsza stopień zniekształcenia termicznego, jakim może ulegać cząsteczka.
Tak więc wynik Mei and co nasuwa interesujące pytanie: w jakim stopniu struktura białka jest wynikiem temperatury lub wynikiem upakowania kryształów?
To będzie musiało poczekać na dalszą pracę.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1907.08233 : Analizy rdzeni białkowych ujawniają podstawowe różnice między strukturami roztworu a strukturami krystalicznymi