Sāls sasmalcina olbaltumvielas, vairāk sāls atnes to šķīdumā

Tībingenas pētnieki atklāj proteīnu pamatīpašības

Olbaltumvielu grupa pilda daudzus svarīgus uzdevumus bioloģiskajās sistēmās un dzīvās būtnēs. Olbaltumvielas ir ne tikai šūnu materiāli, bet arī, piemēram, signālu vielas un ķīmisko šūnu rīki. Lai izprastu procesus šūnu audos un citās bioloģiskās sistēmās, pētniekiem ir jāsaprot proteīnu mijiedarbība ar citām vielām, kā arī ar ūdeni.

Tībingenes Universitātes pētnieki, kuru vadīja prof. Frenks Šreibers no Lietišķās fizikas institūta, sadarbībā ar kolēģiem no Zārbrikenes un Oksfordas pirmo reizi ir pierādījuši, ka olbaltumvielas var agregēt, "salikt kopā" ​​un atkal izšķīdināt, pievienojot. var ienest noteiktus sāļus. Šis fundamentālais atklājums palīdz labāk izprast proteīnu īpašības.

Vācijas un Lielbritānijas sadarbības pētījumu rezultātus 2008. gada decembrī iepriekš publicēja tiešsaistē žurnāls Physical Review Letters (101, 148101, 2008). Prof. Frenks Šreibers, Dr. Fajun Zhang un Stefan Zorn no Lietišķās fizikas institūta un prof. Olivers Kolbahers no Bioinformātikas centra.

Daži ir parādījuši, kāpēc olbaltumvielu agregācija ir tik svarīga

Piemēri: tai ir izšķiroša nozīme Alcheimera slimībā un prionu slimībās, piemēram, govju trakuma slimībā (GSE) un Kreicfelda-Jakoba slimībā. Pilnīgi citā jomā kristalizācijai, kontrolētai olbaltumvielu agregācijai, ir izšķiroša nozīme, lai noskaidrotu to struktūru, kas arī ir priekšnoteikums jaunu zāļu izstrādei. Olbaltumvielu struktūrā un funkcijās galvenā loma ir mijiedarbībai ar apkārtējo ūdeni un tajā esošajiem sāls joniem, pozitīvi vai negatīvi lādētām daļiņām. Labi zināms efekts ir tāds, ka sāls koncentrācijas palielināšana šķīdumā noved pie proteīnu lādiņu pasargāšanas. Tas samazina to elektrostatisko atgrūšanos savā starpā, kas galu galā var izraisīt agregāciju un nogulsnēšanos no šķīduma.

Zinātniekiem no Tībingenes, Zārbrikenes un Oksfordas tagad ir izdevies pierādīt, ka noteiktos apstākļos turpmāka atsevišķu sāļu pievienošana ar ļoti lādētiem joniem (piemēram, itrija un lantāna sāļi) apvērš šo agregāciju: olbaltumvielas atgriežas šķīdumā. Šis efekts ir izskaidrojams ar lādiņa maiņu no sākotnēji dominējošās negatīvās zīmes (olbaltumvielas šķīdumā) uz gandrīz neitrālu (agregācija) uz (spēcīgo daudzvērtīgo jonu dēļ) dominējošo pozitīvo zīmi (atkārtota izšķīšana). Šis efekts jau bija zināms no vienkāršiem koloīdiem, ļoti smalki izkliedētām vielām šķidrumā, piemēram, tām, kuras izmanto emulsijas krāsā. Bet tagad efekts pirmo reizi ir parādīts olbaltumvielās ar daudz sarežģītāku struktūru.

Eksperimenti šim pirmajam atklājumam tika veikti, izmantojot optisko spektroskopiju un maza leņķa rentgenstaru izkliedi fiziķu Dr. Fajuns Džans un prof. Frenks Šreibers. Viņi strādāja ar darba grupu teorētiķiem Dr. Andreas Hildebrandt no Zāras Bioinformātikas centra un prof. Olivers Kolbahers no Tībingenes Bioinformātikas centra, kuri spēja reālistiski simulēt šķīdumā esošo proteīnu uzlādes stāvokli datorā, izmantojot jaunu pieeju. Pētnieku grupa tagad ir izveidojusi pilnīgu fāzes diagrammu, kas parāda, cik daudz sāls ir nepieciešams izmantotajām olbaltumvielām kādā koncentrācijā, lai sasniegtu īpašu izšķīdināšanas efektu. Tas paver jaunas perspektīvas pamata izpratnei par olbaltumvielām un arī vairākiem lietojumiem proteīnu sistēmu darbības jomā, piemēram, proteīnu kristālu ģenerēšanā struktūras noskaidrošanai.

Publikācija:

Zhang F, Skoda MWA, Jacobs RMJ, Zorn S, Martin RA, Martin CM, Clark GF, Weggler S, Hildebrandt A, Kohlbacher O, Schreiber F. Reentrant Condensation of Proteins in Solution Induced by Multivalent Counterions. Fiziskās apskates vēstules, 2008, 101, 148101

Avots: Tībingene [EKU]