酶与蓝光可以控制

光影响生物体在许多不同的方式:例如,东方植物生长方向向太阳,昼夜节律在人类是由日光控制。这些过程总是涉及光感受器,这是蛋白质,可以不同的颜色和强度的光。

10000倍酶活性的增加

现在,格拉茨大学的研究人员的技术(TU格拉茨)破译一个高效的光感受器的功能。他们的发现发表在《科学》杂志上的进步。研究小组研究了diguanylate环化酶蛋白,存在于许多细菌。它的酶功能调节的生产中心信使物质,控制细菌的生活方式。几乎完全在黑暗中,蛋白质是不活跃的,但一旦暴露于日光的蓝色组件,其酶活性迅速增加。“蛋白质的酶活性约10000倍时暴露在光比在黑暗中,“安德烈亚斯温克勒说Photobiochemistry工作组负责人你格拉茨研究所的生物化学。在大多数光感受器,活动增加5 - 50倍,导致更多的逐渐改变蛋白质的活动。“相比之下,我们为特征的蛋白质反应非常强烈,所以它实际上就像一个开关,”温克尔解释道。这样的一种有效的蛋白质开关可用于未来的增强和优化optogenetic工具。

蛋白质蓝色灯光下延伸

研究人员现在已经解锁的架构和功能蛋白质的开关。蛋白质包含两个功能部分:一个是负责感知蓝光,,另一个用于实际的酶活性,作为化学反应的催化剂。如果暴露在蓝光,蛋白质改变其结构。当它是不活跃的,整个蛋白质是一个紧凑的形式,但当它接触光,蛋白质伸展,连接之前分离酶部分。然后,蛋白质的细菌产生特定的信使分子信号环境条件正在发生改变。如果可能的话,细菌适应这些新情况。”这是聚集的形成的一个例子,称为生物膜,使细菌对环境影响,”安德烈亚斯温克勒解释道。

潜在的医学应用

“我很激动,我们的研究产生了有价值的见解这迷人的蛋白质的机制,”评论Uršula见,该研究的第一作者博士生图格拉茨理工学院的生物化学。“理解这背后的机制激活酶开关打开车门在一系列不同的可能的应用学科。“其中一个是optogenetic用于医学治疗方法。药物与light-regulated蛋白开关只能在一个精确的生效时间和身体的非常有限的地区,这将减少潜在的副作用。光致蛋白开关也将为细胞生物学研究提供的好处,因为这将使目标触发特定的变化在分子水平上,可以更有效地分析。“但是我们还有很长的路要走从这些实际应用这一特定的开关,“温克勒指出。然而,他相信,他的团队的研究产生了一些重要的,基本的见解。

三维模型

在他们的实验中,研究人员并没有孤立的蛋白质从最初的细菌,而是产生在实验室的帮助下基因工程。他们用x射线衍射法分析分子结构,形成了一个三维模型的基础。结合补充实验,该模型允许研究人员得出推断蛋白质的结构的变化在暴露在蓝光,翻译成特定结论的生物的分子功能开关。

参考:见U, KasapovićD, Fuchs M, et al .照明天然蛋白质的内部运作开关:疯狂传感在LOV-activated diguanylate环化酶。Sci副词。2023;9 (31):eadh4721。doi:10.1126 / sciadv.adh4721

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