«Результаты являются уникальной демонстрацией способности белков к структурным изменениям на разных этапах своей работы. Это помогает понять, как работают биологические фотосенсоры.
Моделирование и использование белка для других приложений становится намного проще, когда структуры белка, их изменения и скорость изменений известна », — говорит профессор Ихалайнен.Функции нескольких биологических фотосенсоров уже используются в других областях науки, особенно в нейробиологии. Используя реакции, которые контролируются светом, можно достичь новых достижений в биологических исследованиях клеток и, например, в медицинских приложениях, таких как фототерапия и молекулярная диагностика.
Организмы используют белки-фотосенсоры для восприятия света на разных длинах волн. Например, у млекопитающих в глазах есть белки родопсина. Фитохромы, один из фотосенсорных белков растений, грибов и бактерий, чувствительны к красному свету.
Функция этих фотосенсоров была известна еще в 1970-х и 1980-х годах, но механизмы их работы на молекулярном уровне до сих пор неизвестны.Новаторский метод исследованияМетодом широкоугольного рентгеновского рассеяния с временным разрешением исследованы структурные изменения этого довольно крупного белкового комплекса в виде раствора.
Метод TR-WAXS является относительно новым, и в этом исследовании успешное сочетание экспериментальных данных с молекулярно-динамическим моделированием позволило отслеживать подробные структурные изменения белка.«Мы надеемся, что другие группы, использующие TR-WAXS, также протестируют аналогичный метод анализа данных». — говорит Ихалайнен.Светочувствительные структуры фитохромов были выяснены как в кристаллической форме, так и в растворе.
Из кристаллических структур можно увидеть, что небольшое движение отдельных атомов (масштаб 0,1 — 0,2 нм), вызванное поглощением света, усиливается до больших структурных изменений (3 нанометра) во всем белковом комплексе. Этот механизм амплификации позволяет очень быстро и с высокой точностью репликации передавать индуцированный светом сигнал от одного белка к другому.
В свою очередь, этот процесс передачи сигнала инициирует изменения на клеточном уровне в организме.Проект «Новые стратегии обнаружения конформационных изменений белков в реальном времени» финансируется Академией Финляндии.