Ett första bevis för att atomrörelser leder till strukturering i proteiner
Det är vågmekaniken som bestämmer vilken struktur som är möjlig i en proteinmolekyl. Det visar röntgenstudier med terahertzteknik, som forskare vid Göteborgs universitet och Chalmers gjort tillsammans med tyska forskare.
− Våra studier öppnar dörren till mycket mer omfattande studier med terahertzstrålning på proteiner, säger projektledaren Gergely Katona, professor vid Göteborgs universitet.
Okänt hur stora proteinmolekyler skapas
Till skillnad från våra vardagliga maskiner, som konstrueras med hjälp av monteringsanvisningar, så skapas stora proteinmolekyler utan vare sig ritningar eller montörer.
− För närvarande är det okänt hur denna process fungerar och när forskare designar nya proteiner leder processen ofta fel. Genom att lära sig bemästra denna process skulle vi spara både tid och energi vid design och produktion av dessa mikroskopiska maskiner, säger Gergely Katona.
Hittat en viktig pusselbit
Nu har forskare i Sverige och Tyskland hittat bevis för att vissa atomer rör sig i proteiner på ett koordinerat sätt.
Forskarna har utnyttjat terahertz-strålningens våg-lika egenskaper. Där sker oscillationerna med samma frekvens som atomerna i proteinmolekyler. När terahertz-strålarna växelverkar med proteinet förstärks vissa rörelser hos molekylen.
I experimenten fick röntgenstrålning genomlysa ett kristalliserat protein Bovint Trypsin, som bryter ner andra proteiner. (Liknande verksamma proteiner aktiverar programmerad celldöd, blodkoagulering och immunsystemet.)
− Vår metod ökar förståelsen för hur och varför proteiner viker sig, och därmed bildar en struktur. Kunskap som kan användas inom bland annat läkemedelsforskningen, säger Viktor Ahlberg Gagnér, huvudförfattare till artikeln i Scientific reports.
Öppnar dörren för fler studier
Terahertzstrålning upptar utrymmet i det elektromagnetiska spektrumet mellan mikrovågor och infrarött ljus.
− Vår roll på Chalmers har varit att vara involverade i själva teknologin och stötta vid de praktiska experimenten, säger Jan Stake, professor vid Chalmers.
Liknande framtida studier syftar till att beskriva hur snabba samordnade rörelser orienterar delar av molekylen så att de själva genererar dess slutgiltiga struktur.
Med den nya artikeln demonstrerar forskargruppen också hur icke-joniserad elektromagnetisk strålning påverkar proteiner.
− I dagens samhälle är vi ständigt omgivna av strålning. Därför är artikeln ett viktigt steg inom biokemi-forskningen. Med metoden som nämns i artikeln så utforskar vi en ny möjlighet att låta datorn hitta samband mellan atomer i biomolekyler, utan mänsklig påverkan, säger Viktor Ahlberg Gagnér.
Kontakt:
Viktor Ahlberg Gagnér, doktorand, institutionen för kemi och molekylärbiologi, Göteborgs universitet, 0735-611535, viktor.ahlberg.gagner@gu.se
Scientific Reports är en vetenskaplig tidskrift om forskningsmetoder och tekniker. https://www.nature.com/srep/
Bilder:
Figuren överst: Röntgenkristallografi avslöjar atompositionerna i form av ellipsoider i en proteinstruktur.
Porträtt: Gergely Katona, fotograf Johan Wingborg.
Porträtt: Viktor Ahlberg Gagnér (foto GU).