15:44 2023-06-09
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Studiul Cryo-EM arată că transportorul de zinc are încorporat un senzor de autoreglare
_ Studiu Cryo-EM arată că transportorul de zinc are încorporat un senzor de autoreglare
Oamenii de știință de la Laboratorul Național Brookhaven al Departamentului de Energie al SUA (DOE) au determinat structura la nivel atomic a unei proteine transportoare de zinc, o mașină moleculară care reglează nivelurile acestui micronutrient esențial cu urme de metal în interiorul celulelor. Așa cum este descris într-o lucrare tocmai publicată în Nature Communications, structura dezvăluie modul în care proteina membranei celulare își schimbă forma pentru a muta zincul din mediu într-o celulă și blochează temporar această acțiune în mod automat atunci când nivelurile de zinc din interiorul celulei devin prea mari.
„Zincul este important pentru multe activități biologice, dar prea mult poate fi o problemă”, a spus Qun Liu, biofizicianul Brookhaven Lab care a condus proiectul. „În timpul evoluției, diferite organisme au evoluat în multe moduri pentru a regla zincul. Dar nimeni nu a demonstrat că un transportor care controlează absorbția zincului din mediu își poate regla propria activitate. Studiul nostru este primul care arată un transportor de zinc cu astfel de un senzor încorporat.”
Cercetarea a fost efectuată ca parte a Inițiativei Cantitative de Științe a Plantelor (QPSI) a Brookhaven Lab. Folosind o versiune bacteriană a unui transportor de zinc care împărtășește caracteristici esențiale cu transportatorii de zinc din plante, oamenii de știință au obținut informații cheie asupra modului în care funcționează aceste proteine.
„Această cercetare face parte din efortul nostru de a înțelege modul în care micronutrienții precum zincul. sunt absorbite de plante, astfel încât să putem înțelege cum să proiectăm plante care sunt mai capabile să crească pe terenuri marginale pentru producerea de bioenergie”, a declarat președintele departamentului de biologie al laboratorului Brookhaven, John Shanklin, coautor al lucrării.
Cercetarea ar putea sugera, de asemenea, modalități de proiectare a culturilor alimentare cu conținut crescut de zinc pentru a le îmbunătăți valoarea nutrițională, au observat oamenii de știință.
Pentru a rezolva structura proteinelor, echipa Brookhaven a folosit microscopia crio-electronică (crio-microscopie). -EM) la Laboratorul de Structură BioMoleculară (LBMS). Cu această tehnică, oamenii de știință pot preleva mai multe conformații diferite ale unei proteine în loc de o singură formă cristalizată. Acest lucru este important pentru că, în natură, proteinele sunt dinamice, nu statice; bucăți din ele se mișcă.
„Cryo-EM nu necesită proteine pentru a forma cristale, așa că putem captura de fapt pași dinamici care ar putea să nu fie realizabili folosind cristalografia cu raze X, o altă tehnică pentru studierea structurilor proteinelor.” spuse Liu. „În esență, cu cryo-EM, putem captura mai multe cadre ale „filmului” pentru a obține o structură care este foarte utilă pentru înțelegerea funcției biologice a unei proteine.”
Pentru a sorta numeroasele variații ale structurii. , oamenii de știință au nevoie de instrumente de calcul puternice. Acestea includ abordări de inteligență artificială care utilizează învățarea automată, unele dintre ele dezvoltate de Liu. Folosind acești algoritmi, oamenii de știință pot selecta și sorta în mod semi-automat milioane de imagini crio-EM pentru a găsi grupuri de structuri cu asemănări. Metoda le permite să atingă cea mai înaltă rezoluție fezabilă și, astfel, să dezvăluie detalii la scară atomică ale structurii.
Pentru acest studiu, această abordare crio-EM a dezvăluit caracteristicile cheie ale unei etape a unui ZIP (Zrt -/Irt-like protein) transportor de zinc care dezvăluie modul în care își reglează propria activitate de absorbție a zincului în funcție de cât de mult zinc este deja în celulă.
„Noile noastre date ne-au făcut să revizuim opiniile anterioare cu privire la cum funcționează această proteină”, a spus Liu.
Un raport anterior bazat pe cristalografia cu raze X și analizele coevoluționale a sugerat că transportorul poate funcționa ca un fel de „ascensor” pentru transportul zincului. Noua cercetare arată cum interacțiunile cu zincul de pe ambele părți ale membranei celulare declanșează mișcarea unor părți ale proteinei pentru a aduce zincul în celulă și, în mod esențial, blochează intrarea acestuia atunci când nivelurile din interior devin prea mari.
„Structura noastră cheie arată că atunci când nivelul de zinc din interiorul celulei crește la un anumit nivel – dincolo de ceea ce este necesar pentru a satisface cerințele celulei – excesul de zinc se leagă de o buclă din interiorul membranei.” spuse Liu. „Apoi, pe măsură ce această buclă flexibilă se reorientează, se pliază pe ea însăși și se leagă într-un mod care împiedică intrarea zincului în celulă.”
„Este aproape ca și cum ștecherul intră într-o scurgere a căzii și îl blochează. ”, a adăugat Shanklin.
Oamenii de știință au descoperit, de asemenea, cum se mișcă alte părți ale proteinei pentru a permite zincului să intre.
Când nivelurile de zinc din interiorul celulei sunt scăzute, zincul cade de pe buclă și mufa iese înapoi din transportor. Zincul din mediu se poate muta în transportor. În interiorul transportorului, zincul face ca o parte a mașinii de proteine să se miște în sus și să se încline, închizând ieșirea către mediul extern. Odată ce zincul intră în celulă, mașina se va reseta să funcționeze din nou.
„Structura noastră crio-EM este prima care arată cum acest domeniu de buclă al proteinei modulează activitatea transportorului prin feedback în funcție de nivelul zincului”, a spus Liu.
Este, de asemenea, prima structură care arată că acest transportor de zinc este un aranjament de două proteine identice, cunoscute sub numele de dimer. „Este nevoie de două molecule pentru a face treaba”, a spus Liu.
Oamenii de știință cred că faptul că a două molecule care acționează sub forma unui dimer poate fi legat de funcția sau stabilitatea acestuia – cu care vor explora. viitoare simulări computaționale ale modului în care moleculele lucrează împreună.
„Această cercetare ar putea permite noi modalități de proiectare a transportatorilor de zinc în microbi și plante pentru a optimiza creșterea acestora în condiții în care zincul este prea scăzut sau prea ridicat, potențial la nivel marginal. terenuri pentru producerea de bioenergie și bioproduse”, a spus Liu.
Comentarii:
Adauga Comentariu