Forskare från institutionen för atomiskt upplöst dynamik vid Max Planck-institutet för materiens struktur och dynamik (MPSD) vid Center for Free-Electron Laser Science i Hamburg, universitetet i Hamburg och det europeiska molekylärbiologiska laboratoriet (EMBL) i Hamburg har utvecklat en ny metod för att se biomolekyler i arbete. Denna metod förenklar dramatiskt att starta enzymatiska reaktioner genom att blanda en cocktail av små mängder vätskor med proteinkristaller. Bestämning av proteinstrukturerna vid olika tidpunkter efter blandning kan sättas samman till en time-lapse-sekvens som visar biologins molekylära grunder.

Biomolekylernas funktioner bestäms av deras rörelser och strukturella förändringar. Ändå är det fortfarande en formidabel utmaning att förstå dessa dynamiska rörelser. En metod som belyser dem är tidsupplöst röntgenkristallografi, där reaktionen av en biologisk molekyl utlöses och sedan tas ögonblicksbilder när den reagerar. Dock, att utlösa dessa reaktioner är extremt utmanande eftersom det vanligtvis involverar lasrar och proteinreaktioner som kan startas av ljus.

Den nya "Liquid Application Method for time-resolved Analyses" (LAMA) övervinner behovet av optiska triggers. Den är skräddarsydd för att studera biologiskt relevanta reaktionstidskalor, som är i storleksordningen millisekunder (10 ^-3 ) till sekunder eller till och med minuter. Dessa tidsskalor är av särskilt intresse för biologer och läkemedelsforskare eftersom de ofta avslöjar de strukturella förändringar som är relevanta för en viss biologisk funktion eller omsättningen av ett läkemedel. Uppsatsen som beskriver metoden och dess tillämpning har just publicerats i Naturmetoder .

De mycket intensiva mikrofokuserade röntgenstrålarna som finns tillgängliga på EMBL beamline P14-2 möjliggjorde förfrågning av systemet på en millisekundsskala. Viktigt, den nya 'LAMA'-metoden gör hela experimentet mycket enklare än tidigare tillvägagångssätt.

För att starta en reaktion, några picoliter (10 ^-12 liter) av reaktanten blandas med mikrokristaller av målproteinet. Reaktionsögonblicksbilder registreras sedan när enzymet fortsätter med omsättningen av reaktanten. Spännande nog, denna nya metod har stor potential på befintliga och kommande synkrotronstrålningskällor med hög briljans, gör det möjligt för många fler forskare att utföra tidsupplösta kristallografistudier.

'LAMA'-metoden har redan implementerats som ett allmänt tillgängligt alternativ vid den nya tidsupplösta makromolekylära kristallografiändstationen på EMBL-strållinjen P14-2 vid PETRA III-synkrotronen vid DESY.

Många fler viktiga insikter om biokemiska processer kommer att komma till stånd genom att tillämpa sådana banbrytande teknologier. Användningen av dem gör att vi kan svara på några av de mest angelägna frågorna om viktiga hälso- eller miljöfrågor.