The Mystery of Knotted Proteins

Οι πρωτεΐνες είναι μακριές αλυσίδες αμινοξέων που είναι απαραίτητα δομικά στοιχεία για όλα τα ζωντανά όντα. Αυτές οι αλυσίδες σχηματίζουν πολύπλοκα τρισδιάστατα σχήματα που παίζουν βασικό ρόλο στη λειτουργία τους—όταν τα μόρια ταιριάζουν μεταξύ τους σαν κλειδαριά και κλειδί, για παράδειγμα.



Έτσι, μία από τις μεγάλες προκλήσεις στη μοριακή βιολογία είναι να κατανοήσουμε πώς οι πρωτεΐνες σχηματίζουν αυτά τα σχήματα και πώς το κάνουν τόσο αξιόπιστα και γρήγορα. Αυτό είναι το πρόβλημα της αναδίπλωσης των πρωτεϊνών.

Υπάρχει μια ενδιαφέρουσα υποπλοκή σε αυτό το μυστήριο. Για πολλά χρόνια, οι μοριακοί βιολόγοι υποστήριζαν ότι αν και οι πρωτεΐνες μπορεί να είναι πολύ μπερδεμένες, δεν μπορούσαν να σχηματίσουν κόμβους υπό συνηθισμένες συνθήκες, επειδή αυτό θα παγίδευε τη δομή και θα την εμπόδιζε να διπλώσει περαιτέρω.





Από τις αρχές του αιώνα, ωστόσο, έχει προκύψει μια διαφορετική άποψη. Οι βιολόγοι ανακάλυψαν ότι ορισμένες πρωτεΐνες σχηματίζουν κόμβους. Και αυτό εγείρει μερικά ενδιαφέροντα ερωτήματα: πώς σχηματίζονται αυτοί οι κόμβοι και γιατί;

Σήμερα, έχουμε μια εικόνα χάρη στη δουλειά της Sophie Jackson στο Πανεπιστήμιο του Cambridge και μερικών φίλων. Αυτοί οι τύποι εξετάζουν το πεδίο των πρωτεϊνών που σχηματίζουν κόμπους και θέτουν τα κύρια ερωτήματα που παραμένουν αναπάντητα.

Αυτή η εργασία έχει σημαντικές δυνατότητες. Οι πρωτεΐνες που ξεδιπλώνονται ή δεν διπλώνονται σωστά μπορεί να έχουν τοξικά αποτελέσματα, επομένως η καλύτερη κατανόηση των κόμβων και του γιατί σχηματίζονται θα μπορούσε να έχει σημαντικές ιατρικές επιπτώσεις.



Οι κόμβοι καταλογίζονται συνήθως ως προς τον αριθμό των διασταυρώσεων και τον αριθμό των παραλλαγών που επιτρέπουν αυτές οι διασταυρώσεις. Ένας απλός κόμπος τριφυλλιού έχει τρεις διασταυρώσεις με μία μόνο παραλλαγή, επομένως αυτό χαρακτηρίζεται ως 31. Ο πιο σύνθετος κόμπος με πέντε διασταυρώσεις έχει δύο εκδόσεις που ονομάζονται 51 και 52, ενώ οι κόμβοι με επτά διασταυρώσεις έρχονται σε επτά ποικιλίες που ονομάζονται 71, 72, … 77. Και ούτω καθεξής. Ο αριθμός των παραλλαγών αυξάνεται εκθετικά με τον αριθμό διέλευσης.

με αι στην υγειονομική περίθαλψη

Οι βιολόγοι έχουν ανακαλύψει μια αυξανόμενη ποικιλία πρωτεϊνών με κόμπους. Πράγματι, περίπου το 1 τοις εκατό των εγγραφών στο Τράπεζα Δεδομένων Πρωτεϊνών είναι δεμένοι και τουλάχιστον 19 πρωτεΐνες σχηματίζουν απλά 31 τρίφυλλα.

Μερικές από αυτές τις πρωτεΐνες με κόμπους παίζουν σημαντικό ρόλο στην ανθρώπινη βιοχημεία. Για παράδειγμα, η C-τερματική υδρολάση της ανθρώπινης ουβικιτίνης ισομορφή 1 (UCH-L1) έχει 52 κόμβους και αντιπροσωπεύει έως και 5 τοις εκατό των διαλυτών πρωτεϊνών στους νευρώνες.

Το UCH-L1 έχει αποτελέσει το επίκεντρο σημαντικής μελέτης, κυρίως επειδή μια εκδοχή αυτού του μορίου χωρίς κόμπους εμπλέκεται στη νόσο του Πάρκινσον. Σε μια μελέτη, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν οπτικά τσιμπιδάκια για να δημιουργήσουν διαφορετικές εκδόσεις αυτού του μορίου που δεν είχαν κόμπους, 31 ή 52 κόμπους. Στη συνέχεια μέτρησαν πώς αναδιπλώθηκε η πρωτεΐνη.



Όπως αποδεικνύεται, η παρουσία ενός κόμπου επιβραδύνει σημαντικά τον ρυθμό με τον οποίο μια πρωτεΐνη διπλώνει. Δημιουργεί επίσης ένα πιο περίπλοκο ενεργειακό τοπίο που επιτρέπει να σχηματιστεί ένα πολύ ευρύτερο φάσμα ενδιάμεσων σχημάτων κατά τη διαδικασία αναδίπλωσης. Επιπλέον, η περιοχή των 52 κόμβων καταλήγει να είναι πολύ μεγαλύτερη από ό,τι έπρεπε.

γυαλιά διόρθωσης χρώματος για αχρωματοψία

Δεν είναι σαφές ποιος ακριβώς ρόλος μπορεί να παίζουν τα πρόσθετα σχήματα ή γιατί μπορεί να είναι σημαντική μια πιο αργή ταχύτητα αναδίπλωσης. Όλα αυτά θα πρέπει να διερευνηθούν υπολογιστικά στο μέλλον. Η πολυπλοκότητα αυτών των προβλημάτων το καθιστά δύσκολο, ακόμη και για τους πιο ισχυρούς υπολογιστές του σήμερα, επομένως οι καλύτερες προσομοιώσεις αναδίπλωσης θα είναι σημαντικός τομέας για μελλοντική εργασία.

Μια ενδιαφέρουσα ένδειξη είναι ότι συχνά εμφανίζονται κόμβοι σε πρωτεΐνες κοντά στις θέσεις όπου τα ένζυμα συνδέονται με το μόριο. Αυτό υποδηλώνει ότι το σχήμα του κόμπου αποτελεί ένα κρίσιμο μέρος του σχήματος της κλειδαριάς και του κλειδιού. Αυτό μπορεί να εξηγήσει την παρουσία τους - οι κόμβοι μπορεί να επιτρέψουν σε μια πρωτεΐνη να σχηματίσει σχήματα που διαφορετικά είναι δύσκολο ή αδύνατο να επιτευχθούν.

Ο Τζάκσον και οι συνεργάτες του ολοκληρώνουν παραθέτοντας μια σειρά από άλυτες ερωτήσεις σε αυτό το πεδίο. Μερικά από αυτά σχετίζονται με περιορισμούς στον τρόπο με τον οποίο οι βιολόγοι μπορούν να προσομοιώσουν τον κόμπο—για παράδειγμα, χάνουν αυτές οι προσομοιώσεις κάποιο σημαντικό βήμα στη διαδικασία δημιουργίας κόμπων;

Μια άλλη πρόκληση είναι να κατανοήσουμε εάν πιο πολύπλοκες δομές μπορούν να σχηματιστούν από σύνθετους κόμβους, όταν ένας κόμπος σχηματίζεται μέσα σε έναν άλλο. Ορισμένες θεωρητικές εργασίες υποδηλώνουν ότι αυτού του είδους οι δομές θα μπορούσαν να έχουν σημαντικά οφέλη.

Και τέλος, είναι δυνατόν να μετατραπεί μια πρωτεΐνη με κόμπους σε μια χωρίς κόμπους με λίγα λογικά κοψίματα στη δομή; Αυτό είναι κάτι που ένα επιχειρηματικό ένζυμο μπορεί εύκολα να επιτύχει.

Η καλύτερη κατανόηση του ρόλου που παίζουν οι κόμβοι στην αναδίπλωση των πρωτεϊνών θα έχει σημαντικές επιπτώσεις στη βιοχημεία. Και αυτού του είδους η γνώση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την ανακάλυψη και την ανάπτυξη θεραπευτικών φαρμάκων. Γι' αυτό αυτές οι ερωτήσεις έχουν περισσότερο από ακαδημαϊκό ενδιαφέρον.

Αναφ.: arxiv.org/abs/1610.05779 : Πώς να διπλώσετε περίπλοκα: Χρησιμοποιώντας τη θεωρία και τα πειράματα για να αποκαλύψετε τις ιδιότητες των πρωτεϊνών με κόμπους

κρύβω

Πραγματικές Τεχνολογίες

Κατηγορία

Χωρίς Κατηγοριοποίηση

Τεχνολογία

Βιοτεχνολογία

Τεχνική Πολιτική

Την Αλλαγή Του Κλίματος

Άνθρωποι Και Τεχνολογία

Silicon Valley

Χρήση Υπολογιστή

Περιοδικό Mit News

Τεχνητή Νοημοσύνη

Χώρος

Έξυπνες Πόλεις

Blockchain

Feature Story

Προφίλ Αποφοίτων

Σύνδεση Αποφοίτων

Δυνατότητα Ειδήσεων Mit

1865

Η Θέα Μου

77 Mass Ave

Γνωρίστε Τον Συγγραφέα

Προφίλ Στη Γενναιοδωρία

Βλέπεται Στην Πανεπιστημιούπολη

Επιστολές Αποφοίτων

Νέα

Εκλογές 2020

Με Ευρετήριο

Κάτω Από Τον Θόλο

Πυροσβεστική Μάνικα

Άπειρες Ιστορίες

Πανδημικό Τεχνολογικό Έργο

Από Τον Πρόεδρο

Θέμα Εξώφυλλου

Φωτογραφίες

Συνιστάται