Förändringar i det aktiva stället för det ternära DgkA-komplexet i början och slutet av en 100-ns MDS. Kredit:(c) Naturkommunikation (2015). DOI:10.1038/ncomms10140
Forskare har utarbetat molekylära ritningar av en liten cellulär "nanomaskin", vars evolution är en extraordinär naturprestation, genom att använda en av de ljusaste röntgenkällorna på jorden.
Forskarna producerade den strukturella kartan för denna nanomaskin – diacylglycerolkinas – genom att använda en "hit and run"-kristallografiteknik.
Genom att göra så, de har kunnat förstå hur det lilla enzymet utför kritiska cellulära uppgifter – svara på frågor som har legat på bordet i över 50 år om detta "paradigmatiska protein".
Kinaser är nyckelspelare i ämnesomsättningen, cellsignalering, proteinreglering, cellulär transport, sekretoriska processer, och många andra cellulära vägar som gör att vi kan fungera hälsosamt. De koordinerar överföringen av energi från vissa molekyler till specifika substrat, påverkar deras aktivitet, reaktivitet, och förmåga att binda andra molekyler.
Diacylglycerol kinas, fokus för denna studie, spelar en roll i bakteriecellväggsyntesen. Det är en liten, integralt membranenzym som koordinerar en särskilt komplex reaktion:dess lipidsubstrat är hydrofobt (avstöts av vatten) och finns i cellmembran, medan dess samsubstrat, ATP, är helt vattenlöslig.
Hur det fungerar hade det förblivit ett mysterium i decennier, men de nyproducerade ritningarna har besvarat dessa frågor.
"Hur denna diminutiva nanomaskin, mindre än 10 nm hög, sammanför dessa två olika substrat vid membrangränsytan för reaktion avslöjas i en molekylärt detaljerad kristallstruktur. Det är det minsta kända kinaset, och att se dess form med kristallklarhet hjälper oss nu att svara på frågor som bildades från över 50 års arbete med detta paradigmatiska protein, " sa professor i membranstrukturell och funktionell biologi, i School of Biochemistry and Immunology vid Trinity College Dublin, Martin Caffrey.
Att ta reda på hur denna lilla maskin fungerar på molekylär nivå underlättades enormt av vår användning av en av de ljusaste röntgenkällorna på jorden, röntgenfri elektronlaser vid Stanford Linear Accelerator Center.
Professor Caffrey tillade:"Detta instrument producerar skurar av röntgenstrålar bara femtosekunder (en kvadbiljondels sekund) långa. Med dessa korta skurar kunde vi få strukturell information om enzymet innan det förångades genom strålningsskador i vad jag banalt hänvisar till som "Hit and Run" seriell kristallografi."
I framtiden, forskarna hoppas kunna utöka sitt arbete med frielektronlaser för att göra "röntgenfilmer" av denna anmärkningsvärda nanomaskin, för att se hur det "gör kemi" i atomär detalj i realtid.
Artikeln som beskriver arbetet publicerades idag i den ledande tidskriften Naturkommunikation .