Триллионы клеток самых разных форм и размеров формируют структуру человеческого тела. Каждую клетку окружает мембрана, одновременно действующая и как хозяйка, и как охранник, принимающая определенную информацию в клетку и не позволяющая ее компонентам просачиваться в пустоту тела. Многое известно о том, как работают отдельные части клетки, но существенное понимание того, как белки взаимодействуют с клеточной мембраной, до сих пор оставалось загадкой после недавнего исследования в Университете Миссури..
«Когда вы думаете о фундаментальных компонентах живых систем, белки являются одними из самых важных, наряду с нуклеиновыми кислотами», - сказал Гэвин Кинг, доцент физики в Колледже искусств и наук в MU. и совместный доцент кафедры биохимии.«Белки выполняют в клетке большую активность, чем ДНК».
Белки - рабочие лошадки клетки. Около 30 процентов белков в любой данной клетке часто взаимодействуют с мембранами или находятся внутри мембран, чтобы облегчить и регулировать поток информации и материалов в клетки и из них. Используя высокоточную атомно-силовую микроскопию, команда Кинга измерила силу, необходимую белкам для отрыва от мембраны.
«Представьте, что вы идете на рыбалку, а ваша удочка - это силовой микроскоп», - сказал Кинг. «На конец нашей удочки мы прицепили приманку или, в данном случае, очень короткую белку. Очень осторожно и подконтрольно мы опускаем удочку в непосредственной близости от мембраны. Таким образом, мы не можем контролировать или непосредственно наблюдать, приманка часто кусается рыбой, которая в данном случае является мембраной. Когда рыба клюет, мы можем потянуть приманку назад и мы можем спросить, сколько силы требуется, чтобы вытолкнуть приманку изо рта рыбы.. Что нас удивило, так это то, что если вы повторяете один и тот же эксперимент несколько раз, вы получаете разные результаты. Мы изо всех сил пытались найти модель, которая соответствовала бы этой сложности».
Чтобы ответить на этот вопрос, Иоан Костин, профессор физики в Колледже искусств и наук в MU, в партнерстве с Кингом разработал теоретическую модель, которая показывает, что существует несколько способов, которыми белок может освободиться от мембраны с участием нескольких различных путей. Они обнаружили, что взаимодействие белок-мембрана может демонстрировать поведение «поймать-связать».
«Поведение «поймай-связь» похоже на китайскую ловушку для пальцев, где, как это ни парадоксально, чем сильнее дергаешь ловушку, тем сильнее ловушка оттягивается», - сказал Костин. «Хотя подобное поведение было описано ранее на клеточном уровне, насколько нам известно, это первое сообщение о взаимодействиях белок-мембрана».
Исследователи надеются, что это открытие послужит основой для будущих исследований сигнальных путей в клетках и того, как лекарства влияют на клеточные функции.