Forscher finden die "Bruchstelle" von Proteinen

Forscher finden die "Bruchstelle" von Proteinen
Anonim

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Wissenschaftler der Universität Oxford haben die Geheimnisse des Wassers entdeckt, die Proteine ​​instabil machen.

Ihre grundlegende Erforschung des „kritischen Zustands“, in dem die biologische Funktion von Proteinen zerstört wird, könnte tiefgreifende Auswirkungen auf viele Bereiche der Wissenschaft haben - einschließlich der Biologie, der Materialwissenschaften und der Medizin: Insbesondere könnte sie neue Erkenntnisse über Krankheiten liefern, die durch die Fehlfaltung von Proteinen verursacht werden und wie man die Eigenschaften von Geweben wie Knorpel und Kollagen nachahmt.

Die Entdeckung stammt aus quantenmechanischen Simulationen, die von Dr. David Porter und Professor Fritz Vollrath vom Oxford Department of Zoology entwickelt wurden. "Die Wechselwirkung von Wasser mit Proteinen ist für die gesamte Biologie von zentraler Bedeutung, und der Punkt, an dem Wasser-Protein-Wechselwirkungen instabil werden, ist wohl der wichtigste" kritische Zustand "der Natur", sagte Dr. David Porter. „Mit diesen Simulationen können wir die Physik und Chemie der Wasserstoffbrücken zwischen Wasser- und Amidgruppen in einem bestimmten Protein untersuchen. Die Vorhersagen unserer Modelle können dann in reale biologische Belastungsbedingungen - Temperatur, mechanische Belastung und Chemie - übersetzt werden, die dazu führen, dass dieses Protein instabil wird und nicht mehr funktioniert. '

Die neue Studie gibt auch Aufschluss darüber, wie sich die Wassermenge in einem Proteingewebe auf die relative Weichheit und die strukturellen Gesamteigenschaften auswirkt. Proteine ​​mit relativ wenig Wasser sind steif, aber zäh - wie ein harter Kunststoff -, während ein größerer Wasseranteil (über 30 Prozent) Gewebe wie Elastin hochflexibel und stark macht.

Dr. Porter und Professor Vollrath erstellten ursprünglich die Simulationen, um zu verstehen, wie Spinnen mithilfe einer Kombination von Stressmechanismen eine normalerweise stabile Proteinlösung in einen festen Seidenfaden „tealen“. Temperatur, mechanische Belastung und Chemie. "Es wurde schnell klar, dass unser Seidenmodell auf viele andere Proteinstabilitätsprobleme angewendet werden kann", sagte Professor Fritz Vollrath. „Eine wichtige Neuerung ist, dass unsere Modelle die Entwicklung der Instabilität über einen Zeitraum von wenigen Sekunden bis zu hundert Jahren abbilden können. Es wird sehr wichtig sein, die Rolle von Wasser in biologischen Materialien zu verstehen, wenn wir versuchen, neue Materialien mit vorhersagbaren Eigenschaften zu schaffen. '

Der innovative Einsatz neuer Methoden zur Extraktion kritischer Bedingungen aus ihren Quantensimulationen könnte viele andere wichtige Anwendungen in der Materialwissenschaft haben: Sie könnten verwendet werden, um die Bedingungen vorherzusagen, unter denen Materialien schmelzen oder sich zwischen einem geordneten und einem weniger geordneten Zustand bewegen. Professor Vollrath sagte: "Natürlich können wir aus Spinnenseide viel mehr lernen, als ein zähes Material herzustellen."

Quelle: Universität Oxford