Proteiner är viktiga för varje levande cell och ansvarar för många grundläggande processer. Särskilt, de behövs som biokatalysatorer i ämnesomsättningen och för signalering inuti cellen och mellan celler. Många sjukdomar uppstår som ett resultat av misslyckanden i denna kommunikation, och ursprunget till signalering i proteiner har varit en källa till stor vetenskaplig debatt. Nu, för första gången, ett team av forskare vid universitetet i Göttingen har faktiskt observerat de mobila protoner som gör detta jobb i varje levande cell, ger därmed nya insikter om mekanismerna. Resultaten publicerades i Natur .

Forskare från universitetet i Göttingen under ledning av professorerna Kai Tittmann och Ricardo Mata hittade ett sätt att odla högkvalitativa proteinkristaller av ett mänskligt protein. DESY-partikelacceleratorn i Hamburg gjorde det möjligt att observera protoner (subatomära partiklar med positiv laddning) som rörde sig i proteinet. Denna överraskande "protondans" visade hur avlägsna delar av proteinet kunde kommunicera omedelbart med varandra - som elektricitet som rör sig längs en tråd.

Dessutom, Tittmanns grupp fick högupplösta data för flera andra proteiner, visar i oöverträffad detalj strukturen av en sorts vätebindning där två tyngre atomer effektivt delar en proton (känd som "lågbarriärvätebindning"). Detta var den andra överraskningen:data visade att lågbarriärvätebindning verkligen finns i proteiner som löser en decennier lång kontrovers, och spelar faktiskt en viktig roll i processen.

"Protonrörelserna vi observerade liknar mycket leksaken som kallas en Newtons vagga, där energin omedelbart transporteras längs en kedja av upphängda metallkulor. I proteiner, dessa mobila protoner kan omedelbart koppla ihop andra delar av proteinet, " förklarade Tittmann, som också är Max Planck Fellow vid Max Planck Institute for Biophysical Chemistry i Göttingen. Processen simulerades med hjälp av kvantkemiska beräkningar i professor Matas laboratorium. Dessa beräkningar gav en ny modell för protonernas kommunikationsmekanism. "Vi har vetat ganska länge att protoner kan röra sig på ett samordnat sätt, som i vatten till exempel. Nu verkar det som att proteiner har utvecklats på ett sådant sätt att de faktiskt kan använda dessa protoner för signalering."

Forskarna tror att detta genombrott kan leda till en bättre förståelse av livets kemi, förbättra förståelsen av sjukdomsmekanismer och leda till nya mediciner. Detta framsteg bör möjliggöra utvecklingen av omkopplingsbara proteiner som kan anpassas till en mängd potentiella tillämpningar inom medicin, bioteknik och miljövänlig kemi.