Результаты, опубликованные в Science Advances, помогут ученым лучше понять некоторые важные изменения, которые претерпевают белки. Ранее считалось, что охарактеризовать эти изменения невозможно, отчасти потому, что переходы настолько малы и быстротечны.
Изменения касаются того, как белки превращаются из одной наблюдаемой формы в другую – и они происходят менее чем за одну триллионную долю секунды в молекулах размером менее одной миллионной дюйма. Было известно, что эти изменения должны произойти, и они моделировались компьютерами, но до этого никто никогда не наблюдал, как они происходят.
Теперь они могут, отчасти благодаря признанию ценности определенных данных, собранных многими исследователями за последние два десятилетия.
«Фактические свидетельства этих переходов все это время скрывались у всех на виду», – сказал Эндрю Бреретон, докторант ОГУ и ведущий автор этого исследования. "Мы просто не знали, что искать, и не понимали, насколько это важно."
Все белки начинаются как линейные цепочки строительных блоков, а затем быстро складываются в правильную форму, проходя по пути множество высокоэнергетических переходов. Правильная укладка необходима для биологической функции белков, и когда она не происходит должным образом, одним из результатов могут быть заболевания сворачивания белков, такие как болезнь Альцгеймера, болезнь Лу Герига, амилоидоз и другие.
Сами белки – важнейший компонент жизни, рабочие лошадки биологии.
Это сравнительно большие специальные молекулы, которые могут делать все: от восприятия света до изменения формы и обеспечения функционирования мышц. Даже в процессе мышления белки в конце одного нейрона передают сообщение разным белкам следующего нейрона.
Мощный инструмент под названием рентгеновская кристаллография смог получить изображения белков в их более стабильных формах, но неизвестно, как именно они переходили из одной стабильной формы в другую. Изменения формы, необходимые для этих переходов, мимолетны и включают в себя экстремальные и трудно предсказуемые искажения в молекулах.
Однако исследователи из OSU обнаружили, что стабильные формы, принятые некоторыми белками, на самом деле содержат некоторые части, которые были захвачены в процессе изменения формы, что концептуально похоже на обнаружение комаров, пойманных в ловушку янтаря.
«Мы обнаружили, что некоторые белки содержат единичные строительные блоки формы, которую, как предполагалось, было невозможно найти в стабильной форме», – сказал Эндрю Карплюс, автор-корреспондент исследования и выдающийся профессор биохимии и биофизики в Колледже ОГУ.
Наука.
«По-видимому, примерно один строительный блок из каждых 6000 оказывается в ловушке в крайне маловероятной форме, похожей на отдельный кадр в фильме», – сказал Карплюс. «Набор этих захваченных остатков, взятый вместе, по сути, позволил нам снять фильм, который показывает, как происходят эти особые изменения формы белка. И то, что показывает этот фильм, существенно отличается от того, что предсказывали компьютерные симуляции."
Исследователи заявили, что, как и в случае с большинством фундаментальных открытий, полная ценность результатов может занять годы или десятилетия.
Ясно то, что белки являются ключевыми для некоторых из самых фундаментальных процессов жизни, и эта новая информация выявила первые прямые взгляды на конкретные детали одного из аспектов сворачивания белков, которые ранее не считались возможными.
«В 1870-х годах английский фотограф Идвард Мейбридж сделал несколько знаменитых фотографий, которые положили конец дискуссии, которая велась десятилетиями, о том, действительно ли бегущие лошади поднимают все четыре ноги над землей одновременно», – сказал Карплус.
«Его новая серия стоп-кадров доказала, что это так, и открыла совершенно новое понимание передвижения животных», – сказал он. «Таким же образом наши результаты меняют то, как исследователи теперь могут смотреть на один из способов изменения формы белков, и это довольно фундаментальная часть жизни."