Dacă temperatura crește peste un anumit prag, celula moare și se prăbușește. Una dintre cele mai simple explicații pentru această lipsă de rezistență la căldură este faptul că proteinele necesare pentru viață - cele care extrage energie din alimente sau de lumina solară, se luptă cu intruși, distruge deșeuri și așa mai departe - de multe ori au o formă extrem de precisă. Ei încep cu lanțuri lungi, sunt apoi laminate într-o spirală sau de altă configurație dictată de succesiunea componentelor acestora. Aceste forme sunt importante în ceea ce fac. Dar când lucrurile încep să se încălzească, de comunicații, care susțin structurile de proteine sunt distruse: cel mai slab în primul rând, și apoi, atunci când temperatura crește, și puternic. Evident, distrugerea structurii proteinei de a fi fatale, dar până de curând detalii precise despre cum sau de ce ucide celulele supraîncălzite au fost necunoscute.
Paola Pikotti, biofizician, care a condus cercetarea, a explicat că aceste experimente au venit de la un vechi, întrebări spinoase: de ce unele celule supraviețuiesc la temperaturi ridicate, în timp ce altele mor. Thermophilus bacterie Thermus trăiește fericit în izvoarele calde și chiar încălzitoare de apă de uz casnic, în timp ce E. coli descompune deja la 40 de grade Celsius. Există dovezi puternice care sugerează că ceea ce contează este diferența în stabilitatea proteinelor din fiecare organism. Dar pentru a studia comportamentul proteinei atunci când aceasta este încă în celula vie - este modul perfect de a înțelege, și este foarte dificil. Izolarea proteinelor in vitro dă doar răspunsuri parțiale, deoarece proteinele din interiorul corpului sunt unite împreună, schimbând chimia reciproc sau reciproc, în conformitate cu forma dorită. Pentru a înțelege ce se rupe si de ce avem nevoie pentru a studia proteinele, atâta timp cât acestea influențează reciproc.
Pentru a rezolva această problemă, o echipă de cercetători a dezvoltat flux de lucru automatizat agonizante, în care împart celule deschise și conținutul lor sunt încălzite treptat, eliberarea proteinelor tăiate prin enzimele din amestec în etape. Aceste enzime sunt deosebit de bune la taiere proteine neîmpăturită, cercetatorii au putut sa determine la ce temperatură reținute fiecare fragmente de proteine. Astfel, ele prezintă o curbă sau denaturate pentru strânsă fiecare dintre miile de proteine studiate, arătând modul în care aceste arcuri se deplasează de la structurile intacte la temperaturi confortabile în stare de degradare cu creșterea temperaturii. Pentru a vedea modul în care aceste curbe diferă în specii, cercetatorii au selectat patru specii - oameni, E. coli, T. thermophilus și drojdie.
„Acesta este un excelent studiu“, spune Allan Drummond, un biolog de la Universitatea din Chicago, observând amploarea și sensibilitatea procesului.
Una dintre observația cea mai evidentă este faptul că fiecare tip de proteine nu se desfasoara masiv când temperatura crește. În schimb, prima prăbușirea unui subset foarte mic de proteine, spune Pikotti, si a fost cele mai importante proteine. Cel mai adesea, aceste proteine au fost strans legate, de exemplu, ele afectează multe procese în celulă. „Fără ele, celula nu poate funcționa, - spune Pikotti. - Atunci când pleacă, întreaga rețea poate fi distrusă ". Și, evident, viața celulară.
Acest paradox - că unele dintre cele mai importante proteine sunt cele mai sensibile - pot reflecta modul in care evolutia acestora in forma pentru munca lor. În cazul în care mai multe roluri de proteine, poate profita de instabilitatea, fiind mobil față de plierea și anfoldingu, adică plierea și desfășurare, pentru că îi va permite să-și asume mai multe forme diferite, în funcție de scopul urmărit. Multe dintre cele mai importante proteine au crescut flexibilitate, ceea ce le face mai fragile, dar în același timp, flexibil și capabil de legare la o varietate de molecule țintă într-o celulă, explică Pikotti. Aproximativ astfel încât acestea sunt în măsură să îndeplinească funcțiile sale - un fel de compromis.
La o inspecție mai atentă, E. coli, datele care au fost cele mai curate, cercetatorii au descoperit, de asemenea, o corelatie intre abundenta de proteine - cât de multe copii ale acesteia plutesc în jurul celulei - și stabilitatea acesteia. Cu cat mai multe exemplare face celula, mai multă căldură este necesară pentru a rupe proteina. De asemenea, este demn de remarcat faptul că abundența nu se corelează întotdeauna cu importanta vitala: unele proteine rare sunt importante. Această legătură între afluență și stabilitatea au fost furnizate Drummond la ideea de acum zece ani, când a pus sub semnul întrebării tendința de mașinăria celulei de a face greșeli ocazionale. Eroare destabilizează de obicei proteine. În cazul în care proteina este produsă și distribuită la sute sau mii în cușcă în fiecare zi, copiile apoi dislocate incorect în cantități mari ar putea fi fatal pentru celule. Corpul ar fi modul de a crea o versiune de proteine normale, cu mai multă stabilitate, iar datele echipa Pikotti reflectă acest lucru.
Pentru a investiga ce calități de proteine oferă o rezistență termică, oamenii de știință au comparat datele din E. coli și T. thermophilus. Proteinele E. coli incep sa se dezintegreze la 40 de grade Celsius pentru cea mai mare parte pentru a rupe în jos de 70 de grade. Dar, la aceleași proteine termophilus temperatura T. doar devine inconfortabil: unele dintre ele își păstrează forma de până la 90 de grade Celsius. Oamenii de știință au descoperit că proteinele T. termophilus, de obicei scurt, și unele tipuri de forme și componente apar mai des în proteinele cele mai stabile.
Aceste descoperiri ar putea ajuta cercetatorii sa dezvolte proteine cu stabilitate, cu atenție personalizate pentru nevoile lor. În multe procese industriale, care includ bacterii, creșterea temperaturii crește recolta - dar atâta timp cât bacteriile nu mor din cauza căldurii. Ar fi interesant să știm dacă putem pentru a stabiliza bacteriile, crearea mai multor proteine, care sunt mai rezistente la creșterea temperaturii, spune Pikotti.
În afară de toate aceste observații, o abundență de informații cu privire la modul în care se desfășoară fiecare proteine duce biologi deliciu. stabilitatea proteinei este o măsură directă a modului în care probabil formează agregate proteice: grupuri de proteine care se lipesc, depliate unul cu altul. Unitățile sunt adesea un coșmar pentru celula poate interfera cu sarcini importante. De exemplu, acestea sunt asociate cu unele afecțiuni neurologice grave, cum ar fi boala Alzheimer, placa atunci cand proteinele denaturate sunt umplute creier.
Dar acest lucru nu înseamnă că agregarea se produce numai la persoanele care suferă de această boală. Dimpotrivă, oamenii de știință să înțeleagă că acest lucru se poate întâmpla tot timpul, fără surse evidente de stres, si ca o celula sanatoasa se poate descurca.
„Cred că este tot mai mult recunoscut ca un fenomen comun“, spune Michelle Vendruskolo, un biochimist de la Universitatea din Cambridge. „Cea mai mare parte a proteinei este, de fapt se acumuleaza in mediul celular. Pikkoti primi informații importante despre intervalul de timp în care o anumită proteină este în stare strânsă. Acest decalaj determină măsura în care este stocat. "
Unele proteine sunt aproape niciodată rândul său, în jurul și nu se acumulează, iar altele face acest lucru, în anumite condiții, altele o fac tot timpul. Detalii despre noua lucrare face mai ușor pentru a studia diferențele de ce există și ceea ce se înțelege. Unele curbe denaturante arată chiar și modele care indică faptul că proteinele se acumulează după implementare.
În timp ce mulți oameni de știință sunt interesați de agregate din cauza daunelor provocate de acestea, alții se gândesc la acest fenomen în mod diferit. Drummond a spus că era evident că unele unități nu sunt doar saci de gunoi plutind într-o cușcă; mai degrabă, ele conțin proteine active, care continuă să-și facă treaba.
Imaginați-vă că vedeți de la o distanță de fum ridicându-se din clădire. Toate în jurul lui - o formă pe care le luați pentru corpul scos din dărâmături. Dar dacă te apropii, s-ar putea găsi că este oameni reali care au fugit din clădire în flăcări și de așteptare pentru o ambulanță. Despre acest lucru se întâmplă în studiul agregatelor, Drummond spune: oamenii de știință descopere că, în loc de a fi o victimă, proteinele din agregatele, de asemenea, să fie uneori supraviețuitori. Această tendință puternică de biologie la acest moment.
În general, acest lucru sugereaza ca proteinele sunt structuri dinamice curioase. Lucrul pe anumite sarcini fixe, în primul rând ele arata ca o mașină de dur, pentru care au nevoie de o anumită formă. Dar, de fapt, proteinele pot lua diferite forme, în cursul activității lor normale. Dacă este necesar, forma acestora se poate schimba atât de radical încât va părea ca și în cazul în care acestea sunt pe moarte, cu toate că, în realitate, ele sunt consolidate. La nivel molecular, viața poate fi o degradare constantă și reînnoire.
De ce caldura ucide celulele? Ilia Khel