По мере того, как клетки создают белки, белки модулируют скорость синтеза, оказывая механическое воздействие на молекулярную машину, которая их производит, по словам группы ученых, которые использовали комбинацию вычислительных и экспериментальных методов, чтобы понять эту силу.
Белки обеспечивают многие жизненно важные функции клетки, от создания структуры до доставки информации и борьбы с вирусами. Нарушение синтеза белка связано с многочисленными заболеваниями, включая подтипы гемофилии, карциному легких, рак шейки матки и вульвы.
«За последнее десятилетие было замечено, что если вы измените скорость, с которой синтезируется белок, вы можете изменить его поведение», - сказал Эдвард О'Брайен, доцент кафедры химии и Институт для совместного найма CyberScience, штат Пенсильвания. «Мы попытались выявить новые факторы, влияющие на скорость синтеза белка».
Рибосомы, крошечные фабрики в клетке, сшивают аминокислоты в длинную цепочку для создания белков. В ходе этого процесса вновь синтезированные белковые сегменты проходят через узкий туннель рибосомы. По словам О'Брайена, когда они выходят из туннеля, белки естественным образом отрываются от рибосомы.
«Эти белковые молекулы предпочитают находиться в областях пространства с большим свободным объемом, где они могут перемещаться, а не в ограниченных узких пространствах», - сказал О'Брайен..
Сила, которая вытягивает белок из рибосомы, является энтропийной силой притяжения, которая происходит естественным образом, согласно О'Брайену.
Энтропическая сила в системе - это сила, возникающая в результате стремления всей системы увеличивать свою энтропию, а не из-за какой-то конкретной микроскопической силы. Энтропия - это склонность систем становиться более неупорядоченными с течением времени.
«Эта сила притяжения передается туда, где происходит синтез внутри рибосомы, и модулирует этот процесс», - сказал О'Брайен.
Исследователи заметили, что неструктурированные белковые сегменты генерируют силу в пиконьютонах и что эта сила передается через рибосомную молекулярную машину и влияет на скорость, с которой аминокислоты сшиваются вместе.
Команда начала свое исследование с экспериментальных измерений, которые определили, сколько белков растянулось на рибосоме. Исследователи вводили эту информацию в высокопроизводительное компьютерное моделирование, которое выполнялось в течение нескольких месяцев с использованием как Advanced CyberInfrastructure Пенсильванского государственного института кибернауки, так и Extreme Science and Engineering Discovery Environment, виртуальной организации, финансируемой NSF. Эти симуляции позволили им увидеть, как происходит синтез белка в различных условиях.
«Поняв факторы, влияющие на скорость синтеза белка, мы теперь можем начать понимать, как синтез белка влияет на последующие процессы, включающие структуру и функцию белка, включая различные заболевания», - сказал О'Брайен..
Исследователи опубликовали свои выводы в Журнале Американского химического общества.
Соавторы этой работы включают недавнего выпускника Бенджамина Фрича и аспиранта по химии Дэниела Ниссли, штат Пенсильвания; Андрей Косолапов и Кэрол Дойч, Пенсильванский университет; и Филипп Хадсон и Х. Ли Вудкок, Университет Южной Флориды.
Национальный научный фонд, Университет штата Пенсильвания и Университет Южной Флориды поддержали эту работу.