Pētnieki atklāj pamata bioloģisko komutācijas mehānismu

Protonu slēdži ir saglabājušies evolūcijas gaitā

Daudzi receptori sastāv no septiņiem olbaltumvielu segmentiem. Attēlā redzama vizuālā pigmenta rodopsīna protonu slēdža struktūra. Tās spirālveida pamatstruktūra ir arī sintētiski izveidotā olbaltumvielu segmentā, kuru var iestrādāt membrānā (oranžā krāsā, ar atsevišķām lipīdu molekulām). Segmenta augšējā galā ir negatīvi lādēta atomu grupa (sarkana), kuru neitralizē, uzņemot protonu (H +). © FZD
lasīt skaļi

Neskaitāmi molekulārie slēdži kontrolē vielmaiņas procesus bioloģiskajās šūnās, relejot visdažādākos stimulus. Pārsteidzoši, ka slēdžiem ir ļoti vienāda molekulārā struktūra, lai gan katrs no tiem reaģē uz vienu ķīmisku signālu. To tagad skaidrojuši vācu zinātnieki.

Viņi ir atklājuši būtisku komutācijas mehānismu, kas ir saglabāts visā evolūcijā, neskatoties uz visu slēdžu augsto specializāciju. Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) pētnieki ziņo par saviem jaunajiem atklājumiem žurnālā "Bioloģiskās ķīmijas žurnāls".

Vienots komutācijas mehānisms?

Bioloģiskie slēdži - ko sauc arī par receptoriem - ir sarežģītas molekulas, kas jo īpaši atrodas šūnu sienās. Tie ļauj šūnai reaģēt uz ārējiem stimuliem, ieslēdzot un izslēdzot vielmaiņas procesus ikreiz, kad ķīmiska viela saistās ar šūnas ārpusi. Lai gan katrs receptors reaģē tikai uz noteiktu vielu, daudziem no tiem ir ļoti līdzīga molekulārā struktūra.

Tas lika FZD zinātniekiem pieņemt, ka receptoru pamatā varētu būt vienots pārslēgšanās mehānisms. Lai izpētītu, viņi apskatīja kāda veida receptorus, kas sastāv no septiņiem molekulāriem domēniem. Cilvēkiem ir zināmi apmēram 1000 šādi septiņu daļu receptori, kur tie darbojas kā hormonu, neirotransmiteru, smaku vai pat gaismas slēdzis. Vairāk nekā puse no visām recepšu zālēm darbojas pie šāda veida receptoriem.

Negatīvi uzlādētas atomu grupas neitralizācija ļauj visu ķīmisko grupu (zaļo) iegremdēt elektriski neitrālajā membrānā. Šīs strukturālās izmaiņas atspoguļo autonomu protonu slēdzi un ievērojami veicina receptoru aktivizēšanu visā molekulā. FZD

"Protonu slēdzis" pētnieku redzeslokā

"Mēs esam parādījuši, ka nozīmīgu pārslēgšanas procesa daļu tieši neizraisa hormonu vai citu stimulantu ķīmiskā struktūra, " sacīja FZD zinātnieki Karims Fahmijs un Sinejs Madathils. Drīzāk izšķirošs process notiek receptoru reģionā, ko zinātnieki sauc par “protonu slēdzi”, jo centrāla loma ir protoniem, ti, pozitīvi lādētiem ūdeņraža atomiem. displejs

Tie ir dabiska ūdens sastāvdaļa, tāpēc atrodas arī kameras iekšpusē. Pārslēgšanās process notiek tajā molekulas daļā, kas robežojas ar šūnas iekšpusi, savukārt ķīmisko stimulu noteikšana notiek receptora ārpusē. Pētnieki atklāja, ka protonu slēdzis darbojas kā patstāvīgs modulis tāpat kā darba dalīšanas iestatījumos.

evolūcijas gaitā šis pārslēgšanas mehānisms nebija jāizgudro katram jaunajam kurjeram. Tā vietā veiksmīgais modulis ir saglabāts receptoru molekulu septiņu daļu struktūrā, savukārt ķīmiskās atpazīšanas reģioni ir pielāgojušies visdažādākajiem signāliem, "skaidro Fahmijs. Ārējo ķīmisko signālu uzdevums ir tikai pakļaut receptoru vietai, ar kuru protoni var reaģēt.

Daudzas iespējamās lietojumprogrammas

Papildus rezultātu medicīniskajai nozīmīgumam FZD pētnieki redz lielu pielietojuma potenciālu sensoru tehnoloģijas jomā vienkāršajā mākslīgajā protonu slēdzī, ko viņi ražo. Piemēram, mini-laboratorijas varētu izveidot mākslīgu šūnu veidā, kuras izmanto šādus pārslēgšanās mehānismus, lai sazinātos ar savu ārējo pasauli - procesu, ko var izmantot, piemēram, vides analīzē toksisko vielu noteikšanai un noņemšanai. varētu.

(idw - Forschungszentrum Dresden - Rossendorf, 27.10.2009. - DLO)