Forskerne tættere på at forstå, hvordan og hvorfor vand er afgørende for livet. I denne uge National Academy of Sciences arbejde, der giver stærke beviser for, at proteiner er komplekse og store molekyler, der kan foldes sammen til specifikke former, så strømmen af biologiske reaktioner — er ude af stand til at folde uafhængigt af hinanden. I stedet, protein foldning er en meget mindre vand molekyler, der omgiver proteiner, trække og skubbe dem til at få en brøkdel af et sekund krøllet sammen på en bestemt måde, som den lille origami kunstnere, der fold kæmpe ark papir med en utrolig hastighed.
Dongping Jung, forskningsgruppeleder ved Ohio state University, der har gjort opdagelsen, kaldet the work “et stort skridt fremad i forståelsen af vand-protein interaktioner og sagde, at hun besvarer spørgsmål, som har undret forskere i årtier.
“I lang tid, forskere prøvet at finde ud af, hvordan vand interagerer med proteiner. Det er det grundlæggende problem, som er relateret til struktur, stabilitet, dynamik og endelig, protein funktion,” sagde Jung. “Vi mener, at vi nu har en sikker direkte bevis på, at på ultrashort tidsskalaer (picoseconds, en billiontedel af et sekund) vand modulerer protein udsving”, konkluderede han.
Jung, Professor i kemi og biokemi, og hans hold har brugt ultra kort laser pulser til optagelse i bevægelse vandmolekyler omkring DNA-polymerase-type protein, der hjælper DNA til at reproducere.
For at få en god udsigt over denne interaktion, at det var nødvendigt at præcist at lokalisere den optiske sonder på overfladen af proteinet, siger han. Forskerne indsprøjtede molekyler af aminosyren tryptofan i protein som en sonde, og målt, hvordan vandet bevæger sig omkring den.
Normalt, vand molekyler flow forbi hinanden med picosekund hastigheder, der henviser til, at proteiner med nanosekund hastigheder — 1000 gange langsommere. Tidligere, den gruppe af Jung har vist, at de vandmolekyler, langsom ned, kolliderer med protein. Men når de er sammen med ham, de vandmolekyler, der stadig bevæger sig 100 gange hurtigere end protein.
I den nye undersøgelse har forskerne ikke var i stand til at fastslå, at vand-molekyler er direkte relateret til “side kæder” af protein, dele af protein-molekyler, der binder sig til og ubunden blandt sig selv, der giver den foldning og funktion. Forskerne var også i stand til at bemærke synkroniseret bevægelse af molekyler.
Computer simulering i den supercomputer center Ohio har gjort det muligt for forskerne at visualisere, hvad der sker: hvor vandet bevæger sig på en bestemt måde, en anden senere foldet protein, som hvis vandet molekylet er skubbet protein til at ændre form.
Vand kan ikke vilkårligt ændre formen af protein, forklarede Jung. Proteiner kan folde og udfolde sig på flere måder, afhængigt af de aminosyrer, der udgør.
“Vi har vist, at den endelige udformning af et protein, afhænger af to ting: vand og aminosyrer. Nu kan vi sige, at på ultrahurtig tidsskalaer af udsving på overfladen af protein er kontrolleret af udsving i vand. De vandmolekyler, der arbejder sammen som et stort net, der kontrollerer bevægelsen af proteiner”.
Videnskabsmænd begyndte at forstå, hvorfor livet kan ikke uden vand
Ilya Hel