Ученые создали структурную карту этой наномашины – диацилглицерин-киназы – с помощью метода кристаллографии "наезд и беги". При этом они смогли понять, как крошечный фермент выполняет критические клеточные функции, отвечая на вопросы, которые обсуждались более 50 лет об этом «парадигматическом белке».
Киназы играют ключевую роль в метаболизме, передаче сигналов клеток, регуляции белков, клеточном транспорте, секреторных процессах и многих других клеточных путях, которые позволяют нам нормально функционировать.
Они координируют передачу энергии от определенных молекул к определенным субстратам, влияя на их активность, реактивность и способность связывать другие молекулы.
Диацилглицеринкиназа, являющаяся предметом настоящего исследования, играет роль в синтезе клеточной стенки бактерий. Это небольшой интегральный мембранный фермент, который координирует особенно сложную реакцию: его липидный субстрат является гидрофобным (отталкивается водой) и находится в клеточных мембранах, в то время как его вспомогательный субстрат, АТФ, полностью растворим в воде.
Как это происходит, оставалось загадкой на протяжении десятилетий, но недавно созданные чертежи дали ответы на эти вопросы.
«Как эта миниатюрная наномашина, высотой менее 10 нм, объединяет эти два несопоставимых субстрата на границе раздела мембран для реакции, раскрывается в детальной молекулярной структуре кристалла.
Это самая маленькая из известных киназ, и видение ее формы с кристальной ясностью теперь помогает нам ответить на вопросы, возникшие в результате более чем 50-летней работы над этим парадигматическим белком », – сказал Мартин Кэффри, профессор структурной и функциональной биологии мембран в Тринити-колледже в Дублине.
Понять, как эта крошечная машина работает на молекулярном уровне, в огромной степени облегчило использование нами одного из самых ярких источников рентгеновского излучения на Земле, рентгеновского лазера на свободных электронах в Стэнфордском центре линейных ускорителей.
Профессор Кэффри добавил: «Этот инструмент производит всплески рентгеновских лучей длительностью всего фемтосекунды (четверть триллионной секунды).
С помощью этих коротких всплесков мы смогли получить структурную информацию об ферменте до того, как он испарился из-за радиационного повреждения, в том, что я банально называю последовательной кристаллографией “ Hit and Run ”."
По словам Петры Фромме, директора Центра прикладных структурных открытий Института биодизайна Университета штата Аризона и соавтора настоящего исследования, «это первая структура белка, который представляет собой интегральный в мембрану фермент и важный биокатализатор в сотовый."(Биокатализаторы ускоряют скорость критических биологических реакций.)
Крошечная киназа является одной из целей исследований Центра мембранных белков при инфекционных заболеваниях при Американском университете, финансируемого Национальным институтом здравоохранения (NIH), который посвящен раскрытию молекулярных основ вирусных и бактериальных белков, участвующих в заболеваниях, а также белков человека, защищающих организм от патогенов. атака.
Команда ASU внесла свой вклад в работу, обладая опытом в области выращивания кристаллов и ввода образцов, а также сбора и оценки данных.
В будущем ученые надеются расширить свою работу с лазером на свободных электронах, чтобы снять «рентгеновские фильмы» об этой замечательной наномашине, чтобы в реальном времени наблюдать, как она «делает химию» в деталях атома.
Статья с описанием работы только что была опубликована в ведущем журнале Nature Communications.
В команду исследователей ASU входят преподаватели Вэй Лю, Петра Фромме и Раймунд Фромме из Школы молекулярных наук, а также Джон Спенс, Уве Вейерштолл и Надя Зацепин из факультета физики, исследователь Инго Гротйоханн, а также аспиранты Шибом Басу, Кристофер Купиц и Кимберли Рендек.