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O mecanismo exterior do transporte da membrana Unravelled por Simulação
Usando dados do raio X e simulação de computador e software de visualization avançados, os investigadores na universidade de Illinois modelaram painstakingly uma parte crítica de um mecanismo por que as bactérias fazem exame acima de moléculas grandes. Seus findings fornecem uma janela rara no interplay complexo das proteínas envolvidas no transporte ativo dos materiais através das membranas da pilha.
Seu estudo, que inclui um colaborador da universidade de Virgínia, aparece em linha no jornal Biophysical e foi descrito na ciência.
Transportando moléculas grandes, tais como a vitamina B12, o ácido citric ou outros nutrientes vitais através das membranas exteriores das bactérias Gram-negative não são uma tarefa simples. As pilhas devem ser seletivas em que substâncias fazem exame acima, e a membrana exterior não contem nenhuma maquinaria energia-gerando para power o trabalho de transportar moléculas grandes para dentro.
O estudo novo examinou um sistema exterior que dependesse de uma proteína interna energia-gerando da membrana, TonB do transporte da membrana. Este transporter TonB-dependente (TBDT) contem um domínio do beta-tambor: uma série das folhas paralelas que dão forma a um túnel através de que as moléculas grandes podem passar. Uma outra região da proteína, o domínio do luminal, obstrui este tambor até que a pilha esteja pronta para permitir que as moléculas grandes passem completamente.
Os estudos Crystallographic tinham mostrado que TonB liga a um fim do domínio do luminal. Os investigadores hypothesized que TonB extrai de algum modo o domínio do luminal fora do tambor ou muda seu conformation para fazer a maneira para as moléculas grandes.
Os estudos precedentes tinham sido inconclusive, entretanto. Os biólogos Molecular têm a dificuldade que estudam os sistemas que envolvem interações complexas entre proteínas, particularmente quando um domínio se move e fora de uma estrutura como um beta-tambor, professor dito Emad Tajkhorshid do biochemistry, investigator principal no estudo. “É muito difícil avaliar experimental isto porque têm que olhar a acessibilidade de determinada (aminos-ácido) before and after ativação,” Tajkhorshid dito. “E às vezes o agente que etiquetando que usam difundem no beta-tambor e etiqueta o interior: Você não sabe se o que você etiquetou está acontecendo para dentro ou fora.”
Para dirigir-se a estas limitações, Tajkhorshid e o estudante graduado James Gumbart usaram dois programas do software desenvolvidos no U. de institutos nacionais do i. do recurso da saúde para modelar Macromolecular e Bioinformatics. Os programas, NAMD e VMD, respectivamente, simulam e visualizam interações molecular complexas. Incorporando dados detalhados sobre a posição e as características de cada átomo ao sistema, os investigadores funcionaram simulações de vários scenarios ao teste que as hipóteses eram as mais praticáveis. Seu trabalho confiou em estudos crystallographic detalhados das moléculas fornecidas por Universidade do Wiener de Michael C. do investigador de Virgínia.
“A coisa boa sobre simulações é que você pode monitorar a posição de cada átomo,” Tajkhorshid dito.
A tarefa era enorme, entretanto.
“Os movimentos fundamentais dos átomos que guiam mudanças grandes do conformational acontecem em uma escala de tempo muito curta: femtoseconds,” Tajkhorshid dito. Cada etapa confia na conclusão de uma etapa precedente, assim que as simulações fazem exame de uma quantidade de tempo extensiva e de esforço computacional considerável.
Os investigadores dirigiram-se a duas perguntas chaves: Primeiramente, poderia a ligação entre TonB e o domínio do luminal suportar a força necessitada puxar para baixo o domínio do luminal, longe do tambor " em segundo, como faz o domínio do luminal responde à força a fim expo um pathway do permeation através do tambor "
Na primeira simulação os investigadores aplicaram uma força a TonB e mostraram que as ligações múltiplas do hidrogênio entre TonB e o domínio do luminal eram fortes bastante remanescer intatas quando TonB puxou o fim do domínio do luminal longe do tambor. A simulação mostrou também unfolding do domínio do luminal gradualmente, mudando seu conformation nas maneiras que abririam acima de bastante espaço para uma molécula da vitamina B12 à passagem através do tambor.
Uma segunda simulação exerceu uma força perto do centro de gravidade do domínio do luminal, puxando o fora do tambor em uma parte. Isto requereu uma entrada enorme da energia, entretanto.
“A força que nós aplicamos era aproximadamente 4.000 picoNewtons,” Tajkhorshid dito. “Esta é uma ordem de valor mais altamente do que aquele requerido para induzir o unfolding. Isto indica claramente que o mecanismo de desconexão é muito improvável.”
Acoplado com estudos crystallographic cada vez mais sofisticados e dados biológicos básicos, os investigadores da ajuda das simulações estudam as interações de proteínas múltiplas em sistemas complexos, tais como o transporter TonB-dependente, Gumbart dito.
“Porque nós começamos um poder mais computacional, nós estamos olhando menos em únicas proteínas e mais e mais na interação das proteínas,” disse. “E isto está indo no sentido de o que é chamado biologia dos sistemas. Isto é essencial porque nenhuma destas proteínas trabalha realmente sozinho. Cada um trabalha no concert com muitas outras coisas.”
Tajkhorshid é também um professor do pharmacology na faculdade da medicina e em uma filial do instituto de Beckman e do centro para o Biophysics e da biologia computacional na faculdade de artes e de ciências liberais.
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Financiar para a pesquisa foi fornecido pelo instituto nacional de ciências médicas gerais nos institutos nacionais da saúde.
Contato: Diana Yates
Universidade de Illinois no Urbana-Champaign
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Fazendo os dentes novos
Embora os mamíferos tenham uma capacidade limitada regenerar os dentes, os incisors do rato contêm pilhas de haste e crescem continuamente durante todo a vida. Usando uma combinação de análises do mutant do rato, a cultura do órgão experimenta, e estudos da expressão do gene, Xiu-Sibila Wang e os colegas identificam a chave que sinaliza as moléculas que regulam o proliferation epithelial da pilha de haste no niche da pilha de haste. Seu trabalho é publicado em linha esta semana na biologia de PLoS do jornal do abr-acesso.
Os investigadores mostram que os sinais do tecido mesenchymal adjacente regulam pilhas de haste epithelial e dão forma a uma rede regulatory complexa com sinais epithelial. Mostram também que as diferenças spatial nos níveis da expressão de dois genes chaves, Activin e Follistatin, contribuem ao asymmetry característico dos incisors do roedor, que são cobertos pelo esmalte somente em seu lado (dianteiro) labial. As variações Subtle no este ou as redes regulatory relacionadas podem explicar as capacidades regenerativas diferentes e o desenvolvimento asymmetric de vários órgãos e da espécie animal.
Citação:
Wang XP, Suomalainen M, Felszeghy S, Zelarayan LC, TA de Alonso, e outros. (2007)
Uma rede regulatory integrada do gene controla o proliferation da pilha de haste nos dentes.
Biol 5 de PLoS (6): e159. doi: 10.1371/journal.pbio.0050159.
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