Salt združuje beljakovine, več soli jih prinese v raztopino
Tübingen raziskovalci odkrili temeljne lastnosti proteinov
Skupina vsebina beljakovin srečali v bioloških sistemih in živimi organizmi veliko vitalnih nalog. Proteini niso samo gradniki celic, ampak tudi za signalne snovi primer in kemijsko celic orodij. Da bi razumeli procese v celici, tkivih in drugih bioloških sistemov globoko, raziskovalci morajo razumeti interakcije proteinov z drugimi snovmi in vodo.
Raziskovalci na Univerzi v Tübingenu pod vodstvom prof. Franka Schreiberja z Inštituta za uporabno fiziko so v sodelovanju s kolegi iz Saarbrückena in Oxforda prvič dokazali, da se beljakovine lahko agregirajo, "strdijo" in ponovno raztopijo z dodajanjem nekaterih soli lahko prinesemo. Ta temeljna ugotovitev pomaga bolje razumeti lastnosti beljakovin.
Rezultati raziskav nemško-britanskega sodelovanja so bili decembra 2008 vnaprej objavljeni na spletu v reviji Physical Review Letters (101, 148101, 2008). Pri delu so sodelovali univerza v Tübingenu prof. Frank Schreiber, dr. Fajun Zhang in Stefan Zorn z Inštituta za uporabno fiziko in prof. Oliver Kohlbacher iz Centra za bioinformatiko.
Nekateri kažejo, zakaj je združevanje beljakovin tako pomembno
Primeri: igra odločilno vlogo pri Alzheimerjevi bolezni in prionskih boleznih, kot sta bolezen norih krav (BSE) in Creutzfeldt-Jakobova bolezen. Na povsem drugem področju je kristalizacija, nadzorovana agregacija beljakovin, ključnega pomena za razjasnitev njihove strukture, kar je tudi predpogoj za razvoj novih zdravil. Interakcija z okoliško vodo in solnimi ioni, ki jih vsebuje, pozitivno ali negativno nabiti delci, igrajo osrednjo vlogo v strukturi in delovanju beljakovin. Znan učinek je, da povečanje koncentracije soli v raztopini vodi do zaščite nabojev na beljakovinah. To zmanjšuje njihovo elektrostatično odbijanje med seboj - kar lahko na koncu povzroči agregacijo in odpoved raztopine.
Znanstveniki iz Tübingena, Saarbrückena in Oxforda so zdaj uspeli dokazati, da pod določenimi pogoji nadaljnje dodajanje nekaterih soli z visoko nabitimi ioni (npr. Itrijeve in lantanove soli) obrne to agregacijo: beljakovine se vrnejo v raztopino. Ta učinek je razložen z obračanjem naboja s prvotno prevladujočega negativnega znaka (beljakovine v raztopini) na skoraj nevtralen (agregacija) do (zaradi močnih multivalentnih ionov) dominantnega pozitivnega znaka (ponovna raztopitev). Ta učinek je bil znan že iz preprostih koloidov, zelo fino razdeljenih snovi v tekočini, kakršne se uporabljajo v emulzijskih barvah. Zdaj pa se je učinek prvič izkazal pri mnogo bolj zapletenih strukturiranih beljakovinah.
Poskusi za to prvo odkritje so bili izvedeni s pomočjo optične spektroskopije in majhnega kota rentgenskega razprševanja pod vodstvom fizika dr. Fajun Zhang in prof. Frank Schreiber. Sodelovali so s teoretiki dr. Andreas Hildebrandt iz Centra za bioinformatiko Saar in prof. Oliver Kohlbacher iz Centra za bioinformatiko Tübingen, ki sta lahko z novim pristopom realistično simulirala stanje napolnjenosti beljakovin v raztopini. Raziskovalna skupina je zdaj pripravila popoln fazni diagram, ki prikazuje, koliko soli je potrebno za beljakovine, ki se uporabljajo v kakšni koncentraciji, da bi dosegli poseben učinek ponovnega raztapljanja. To odpira nove perspektive za temeljno razumevanje beljakovin in tudi za številne aplikacije na področju obravnave beljakovinskih sistemov, na primer pri proizvodnji beljakovinskih kristalov za razjasnitev strukture.
Objava:
F. Zhang, MWA Skoda, RMJ Jacobs, S. Zorn, RA Martin, CM Martin, GF Clark, S. Weggler, A. Hildebrandt, O. Kohlbacher, F. Schreiber: Reentrantna kondenzacija beljakovin v raztopini, inducirana z večvalentnimi protitelesi. Physical Review Letters, 2008, 101, 148101
Vir: Tübingen [EKU]
