Atomrörelser tycks ligga bakom hur proteiner får sin 3d-struktur
Stora proteinmolekyler veckar ihop sig till en tredimensionell struktur. Men hur det går till är okänt. Nu har forskare gjort röntgenstudier med terahertz-strålning som visar att vågrörelser i atomer verkar bestämma vilken struktur som är möjlig i proteiner.
Proteiner är som små maskiner i den mänskliga kroppen. Med många funktioner. Till skillnad från våra vardagliga maskiner, som konstrueras med hjälp av monteringsanvisningar, så skapas stora proteinmolekyler utan vare sig ritningar eller montörer.
− För närvarande är det okänt hur denna process fungerar och när forskare designar nya proteiner leder processen ofta fel. Genom att lära sig bemästra denna process skulle vi spara både tid och energi vid design och produktion av dessa mikroskopiska maskiner, säger Gergely Katona, professor vid Göteborgs universitet.
Hittat en viktig pusselbit
Nu har forskare vid Göteborgs universitet och Chalmers, tillsammans med tyska forskare, hittat bevis för att vissa atomer rör sig i proteiner på ett koordinerat sätt. De har använt så kallad terahertz-strålning, det vill säga elektromagnetisk strålning som ligger i spektrat mellan mikrovågor och infrarött ljus.
Forskarna har utnyttjat terahertz-strålningens våg-lika egenskaper, där oscillationerna (rörelsevariationerna) sker med samma frekvens som atomerna i proteinmolekyler. När terahertz-strålarna växelverkar med proteinet förstärks vissa rörelser hos molekylen.
− Våra studier öppnar dörren till mycket mer omfattande studier med terahertz-strålning på proteiner, säger projektledaren Gergely Katona, professor vid Göteborgs universitet.
I experimenten fick röntgenstrålning genomlysa ett kristalliserat protein, det bovina enzymet trypsin (från ko), som bryter ner andra proteiner. Liknande verksamma proteiner aktiverar programmerad celldöd, blodkoagulering och immunsystemet.
− Vår metod ökar förståelsen för hur och varför proteiner viker sig, och därmed bildar en struktur. Det är kunskap som kan användas inom bland annat läkemedelsforskningen, säger Viktor Ahlberg Gagnér, huvudförfattare till artikeln i Scientific reports.
Öppnar dörren för fler studier
Liknande framtida studier syftar till att beskriva hur snabba samordnade rörelser orienterar delar av molekylen så att de själva genererar dess slutgiltiga struktur.
Med den nya studien demonstrerar forskargruppen också hur icke-joniserad elektromagnetisk strålning påverkar proteiner.
− I dagens samhälle är vi ständigt omgivna av strålning. Därför är studien ett viktigt steg inom biokemi-forskningen. Med denna metoden utforskar vi en ny möjlighet att låta datorn hitta samband mellan atomer i biomolekyler, utan mänsklig påverkan, säger Viktor Ahlberg Gagnér.
Forskare på Chalmers har varit involverade i själva teknologin och att stötta vid de praktiska experimenten.
Vetenskaplig artikel:
Clustering of atomic displacement parameters in bovine trypsin reveals a distributed lattice of atoms with shared chemical properties Scientific Reports
Kontakt:
Viktor Ahlberg Gagnér, doktorand, institutionen för kemi och molekylärbiologi, Göteborgs universitet, viktor.ahlberg.gagner@gu.se
