研究人员确定玻璃的结构蛋白海绵

玻璃海绵——顾名思义——有一个玻璃骨架组成的一个网络的玻璃针,钩,星星,球体。实现这样一个独特的建筑他们必须操纵无序玻璃的形状形成高度常规和对称元素。薄晶体纤维制成的蛋白质,称为silicatein,出现在通道内的玻璃元素。众所周知,silicatein晶体是负责玻璃合成海绵和塑造玻璃骨架。然而,直到现在的努力决定这种蛋白质的三维结构,描述如何组装成晶体,这些形式的玻璃骨架,但均没有成功。主要,因为没有人能够在实验室中重现这些晶体。

Igor罗尼科夫博士领导的研究小组从B立方体中心分子生物工程在德累斯顿你尝试一种不同寻常的方法。而不是在实验室和生产silicatein试图获得实验室培养的晶体结构研究,研究人员决定的玻璃针海绵骨架和分析内部已经存在的微小晶体。

罗尼科夫组一起研究人员从德累斯顿Nanoanalysis中心(宽带)推进电子中心的德累斯顿(cfa)使用高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)仔细看看silicatein晶体内装玻璃针。“我们已经观察到的异常点,同时复杂的结构。分析的样品我们已经看到一个有机和无机物质的混合物。这意味着蛋白质和玻璃形成一个混合的上层建筑,形状海绵的骨架,”罗尼科夫博士解释道。

传统的方式获取蛋白质的三维结构是揭露一束x射线晶体。每个蛋白质晶体散射x射线以不同的方式提供了一个独特的快照,其内部安排。通过旋转水晶和收集这样的快照从许多角度,研究人员可以使用计算方法确定蛋白质三维结构。这种方法被广泛使用,是现代结构生物学的基础。它适用于至少10微米大小的晶体。然而,罗尼科夫集团想分析silicatein晶体小约10倍。他们几乎立刻暴露在x射线受损,从而无法收集一套完整的数据从多个角度的快照。

在团队的支持下在PSI的瑞士光源(SLS),研究人员使用一种新兴方法称为串行晶体学。“你从许多晶体衍射图像结合起来,”菲利普Leonarski说beamline PSI的科学家,他是参与这项研究。“你拍电影的传统方法。用新的方法得到许多快照之后你把破译结构。”Each snapshot is taken at a different part of the tiny crystal or even from a different crystal.

总体而言,研究人员收集了超过3500个独立的x射线衍射快照从90年玻璃针在完全随机取向。使用最先进的计算方法他们能够找到秩序混乱和内组装数据确定silicatein的第一个完整的三维结构。

“在这项研究之前,silicatein假设是基于结构的其他蛋白质的相似性,”罗尼科夫博士说。silicatein使用新获得的三维结构,研究人员能够理解它的组装和功能玻璃骨架内的海绵。他们建立了一个计算模型的上层建筑内的玻璃针和解释获得的初始protein-glass上层建筑的复杂图像介绍。

“我们提供详细信息功能的存在3 d protein-glass上层建筑在一个活的有机体。事实上,我们描述的是第一个已知的天然混合mineral-protein水晶大会,”罗尼科夫博士总结道。

参考:Gorlich年代,塞缪尔AJ,最好的RJ, et al。自然混合硅/蛋白质上层建筑在原子分辨率。《美国国家科学院刊。2020年。doi:10.1073 / pnas.2019140117。

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