I åratal, ett olöst problem tjatade vid University of Alabama vid Birminghams forskare Chad Petit, Ph.D. Det involverade ett viktigt biologiskt fenomen som kallas allostery, en grundläggande metod för enzymreglering som är avgörande i levande celler.

I allostery, en ligand binder till en del av enzymet, och den bindningen antingen startar eller stänger av enzymets aktiva plats. Eftersom ligandbindningsstället och det aktiva stället är belägna vid olika delar av enzymet, det måste finnas någon biofysisk mekanism som förbinder de två förändringarna.

Den första observationen av vad som senare skulle bli känt som allostery involverade hemoglobin, proteinet som transporterar syre i blodet. Christian Bohr, för mer än ett sekel sedan, fann att närvaron av koldioxid förändrade bindningsaffiniteten för hemoglobin för syre.

Petit, nu en UAB -biträdande professor i biokemi och molekylär genetik, hade arbetat på UNC-Chapel Hill på en proteindomän från ett större protein som är viktigt för nervsynapsfunktionen, tillsammans med dåvarande doktoranden Anthony "Tony" Law, M.D., Ph.D. Deras intresse var att förstå hur energi skulle kunna förökas genom ett protein i avsaknad av någon märkbar förändring i strukturen.

Under ett banbrytande 2009 PNAS papper, Petit fann att avlägsnande av en liten del av proteindomänen-en alfa-spiralsträng av aminosyror-orsakade en 25-faldig minskning av bindningen. Denna radering var avsedd att efterlikna fosforylering av PDZ3 -domänen. Mekanismen som bestämdes för att driva denna minskning verkade vara globala förändringar i sidokedjornas rörelser utan någon uppenbar förändring i strukturen hos PDZ3-proteindomänen. Det var ett av de första tydliga fallen av vad som skulle kallas "dynamisk allostery".

Men det fanns en paradox, en obesvarad fråga som gnagde på Petit även efter att han hade flyttat till att studera ett influensaprotein vid UAB. Det alfa-helix-deletionsproteinet var 10 procent mindre än det inhemska PDZ3, så det borde ha ramlat snabbare än det inhemska proteinet. Men biofysiska experiment visade att det hade en nästan identisk tumlande hastighet jämfört med nativ PDZ3.

Över åren, Petit and Law, som nu är kirurgisk bosatt i otolaryngologi vid University of Washington School of Medicine, fortsatte återvända till detta pussel. Slutligen kläckte de en kättersk idé - den oväntade tumlande hastigheten måste bero på en ökad volym av det mindre proteinet.

"Så, vi började planera experiment, "Petit sa." Vi började med en observation, vi gjorde en hypotes, och sedan spenderade vi år på att testa den hypotesen. "

Varje hörn vi tittade på stödde den hypotesen, "Sa Petit." Detta var ren vetenskap - det är den renaste vetenskap jag någonsin gjort. "

Med hjälp av en påse av biofysiska experiment med otympliga namn som HSQC -spektra, NOESY -analys, differentialskanningskalorimetri isoterm, liten vinkel röntgenspridning och spinnavslappning, liksom experiment i närvaro av lösningsmedel som fungerar som stabiliserande eller destabiliserande osmolyter, Petit, Law och deras forskningskollegor kom till följande slutsats-alfa-helix-deletionsproteinet hade verkligen expanderat i storlek, och det var faktiskt större i volym än det inhemska PDZ3 -proteinet. Ytterligare, denna avslappnade storlek inträffade utan någon märkbar förändring i proteinstruktur.

Deletionsproteinet med större volym visade alla normala egenskaper hos det mer tätt packade nativa proteinet, och den kan komprimeras experimentellt genom temperaturförändringar eller stabiliserande osmolyter.

Som Petit, Law och deras kollegor undersökte litteraturen, de såg att människor hade sett ledtrådar om en sådan ny allosterisk mekanism för så många som för 35 år sedan, och olika papper gav en allmän känsla av att det kan förekomma i andra proteiner eller enzymer.

Denna upptäckt - åtminstone inom biofysik och kemi - var ett ganska stort stänk.

Deras papper accepterades av Journal of the American Chemical Society , som har en effektfaktor på 13, och de ombads göra omslagsillustrationen. Tidningen presenterades i tidskriftens JAC Spotlight, och det valdes också av fakulteten för 1000, en grupp på 8, 000 seniorforskare som rekommenderar de viktigaste forskningsartiklarna inom biologi och medicin.

Som Petit och kollegor skrev i sin tidning, "Den oväntade observation som funktionen kan härledas från expanderad, lågdensitetsproteintillstånd har breda konsekvenser för vår förståelse av allostery och föreslår att det allmänna konceptet om ursprungsstaten utökas för att möjliggöra mer variabla fysiska dimensioner med lösare packning. "

"Det är det bästa papper jag gjort, "Sa Petit." Av vilken anledning som helst, detta raderingsprotein tillät oss att studera denna mekanism. Tony kallar det vår Rosetta Stone. "