Matematikos dėka išmatuoti baltymų formą tapo lengviau

Baltymų struktūra Baltymų branduolių analizė atskleidžia esminius tirpalo ir kristalų struktūrų skirtumus

Baltymai yra gyvybės statybinė medžiaga. Tai ilgos aminorūgščių grandinės, kurios savaime susirenka į nepaprastai sudėtingas molekulines mašinas. Šios mašinos apima skaičiavimo įrenginius, vadinamus ribosomomis, pastolių skeletus, vadinamus mikrovamzdeliais, ir kojas primenančius vaikščiojimo įrenginius, vadinamus kinezinu, ir daugelį kitų.

Šis savaiminio surinkimo procesas yra vienas didžiausių šiuolaikinio mokslo stebuklų – beveik taip, tarsi Lego kaladėlių grandinė staiga susidėtų į robotą. Niekas nėra visiškai tikras, kaip tai vyksta, tačiau mokslininkai žino, kad gautos struktūros forma lemia baltymo funkciją ir jo sąveiką su kitais baltymais.

Taigi baltymų formos matavimas yra esminė užduotis. Labiausiai paplitęs metodas yra kristalų formavimas iš baltymų ir tada naudojant rentgeno kristalografiją baltymų struktūrai nustatyti.

Tai problema, nes dauguma baltymų nesudaro kristalų. Ir net tada, kai tai daroma, baltymų molekulės gali ne visos įgauti tokios pat formos, kai susikaupia, todėl gali atsirasti netikslumų.

Kitas metodas, vadinamas branduoliniu magnetiniu rezonansu, sukuria tirpalų baltymų vaizdus, ​​tačiau reikalauja, kad jie būtų sandariai supakuoti į ryšulius. Vėlgi, tai gali padaryti tik keli baltymai.

Tačiau nedidelę baltymų dalį galima pavaizduoti abiem būdais. Tai patogu, nes leidžia molekuliniams biologams palyginti struktūras, kurias sukuria kiekviena technika.

Ir pasirodo, kad kiekvienos technikos aptiktos struktūros reikšmingai skiriasi. Tačiau neaišku, kas tiksliai lemia skirtumus ir kaip juos interpretuoti.

Šiandien tai keičiasi, bent iš dalies, dėka Zhe Mei ir kolegų iš Jeilio universiteto Niu Heivene. Ši komanda išmatavo baltymų struktūros skirtumą, nustatytą rentgeno kristalografija ir BMR. Ir jie išsiaiškino, kodėl atsiranda skirtumas ir kaip jį ištaisyti.

Komanda pradėjo sudaryti baltymų duomenų bazę, kurios struktūras nustato abiem metodais didelėje skiriamojoje geboje. Pasirodo, tai palyginti mažas sąrašas – tik 16 baltymų tinka.

Tyrėjai taip pat sukūrė rentgeno kristalografijos baltymų struktūrų, kurias nustato kelios skirtingos grupės skirtingomis temperatūromis, duomenų bazę. Tai leido komandai ištirti, kaip temperatūra veikia struktūrą.

Tada jie sukūrė matematinį modelį, kaip baltymai susikaupia, kad susidarytų kieti kristalai arba ryšuliai BMR tirpale.

Pasirodo, pakavimo tankis gali tiksliai paaiškinti abiejų metodų struktūros skirtumą, nes tirpalo pluoštai turi didesnį tankį nei kristalai. Mokslininkai teigia, kad šių skirtumų fizinį pagrindą nustatome modeliuodami baltymų šerdis kaip užstrigusias aminorūgščių formos dalelių pakuotes.

Jie taip pat gali patikslinti savo matematinį modelį, keisdami šiluminę energiją, naudojamą pakuotėms gaminti. Iš tiesų, baltymų pakuotės, kuriai neturi įtakos temperatūra, tankis yra maždaug toks pat, kaip ir rentgeno kristalografijos būdu nustatytos struktūros.

Tai rodo, kad temperatūra vaidina svarbų vaidmenį baltymų pakavimo struktūroje, nes BMR nustatytos struktūros yra tankesnės. Šie rezultatai rodo, kad termiškai apdorotos sistemos gali supakuoti tankiau nei aterminės sistemos, o tai rodo fizinį struktūrinių skirtumų tarp baltymų struktūrų, išsprendžiamų BMR ir rentgeno kristalografijos būdu, pagrindą, sako Mei ir kt.

Tačiau temperatūra nėra visa istorija. Baltymai kristalų struktūrose yra priversti įgauti tam tikrą formą, o tai sumažina terminio iškraipymo, kurį gali patirti molekulė, kiekį.

Taigi Mei ir co rezultatas iškelia įdomų klausimą: kiek baltymų struktūra yra temperatūros ar kristalų pakavimo rezultatas?

Tai teks palaukti tolesnio darbo.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1907.08233 : Baltymų branduolių analizė atskleidžia esminius tirpalo ir kristalų struktūrų skirtumus

paslėpti