Max Planck Tıbbi Araştırma Enstitüsü’ndeki bir araştırmacı ekibi çarpıcı bir keşif yaptı – çelişkili özelliklere sahip bir protein: güçlü bir negatif yük, ancak aynı zamanda negatif olan elektronları kabul etmek için çok yüksek bir eğilim. Negatif yükler normal olarak birbirini ittiği için bu beklenmedikti.
Bilim adamları proteinin üç boyutlu yapısını belirlediler ve elektronların depolandığı yere çok yakın, içine gömülü pozitif yüklü kalsiyum iyonları olduğunu buldular. Sonuçlar, doğanın bir protein içinde elektrik yüklerini nasıl ele alabileceğini ve özelliklerini ayarlayabileceğini göstermektedir.
Büyüleyici keşif
Enerji, canlı hücrelerden çeşitli şekillerde akar: biri, bir protein kablosunda olduğu gibi bir dizi protein molekülü boyunca hareket eden elektronlardır, bir proteinden diğerine geçer. Bu tür proteinleri incelerken, Max Planck Tıbbi Araştırma Enstitüsü’nden araştırmacılar, sitokromun alışılmadık bir versiyonunu buldular.
Sitokrom C, elektronları bir proteinden diğerine aktaran çok yaygın bir proteindir. Bununla birlikte, yeni keşfedilen protein “standart” sitokrom C’den iki şekilde farklıdır. İlk olarak, elektronlar için normal sitokromdan çok daha yüksek bir afiniteye sahiptir. İkincisi, güçlü bir negatif elektrik yüküne sahiptir, oysa sitokrom C tipik olarak güçlü bir pozitif yüke sahiptir.
Bu özellik kombinasyonu beklenmediktir, çünkü güçlü bir negatif yük normalde bir proteinin elektronları depolamasını zorlaştıracaktır, çünkü aynı şekilde negatif yüklü oldukları ve negatif yükler birbirlerini iter.
Kalsiyum iyonları önemli bir rol oynar
Bu belirgin çelişki, Max Planck Tıbbi Araştırma Enstitüsü’nde araştırma grubu lideri Thomas Barends’i merak etti. O ve ekibi, şaşırtıcı sonuçlarla araştırmaya başladı. Bunlar şimdi yayınlandı Biyolojik Kimya Dergisi.
“Elektronların depolandığı yere çok yakın kalsiyum iyonlarını keşfetmek büyüleyici idi. Proteinin elektronları çok avantajlı bir yerde tuttuğu anlamına geliyor, çünkü kalsiyum iyonlarının pozitif yükü elektronların negatif yükünü telafi ediyor. Bu ilk başta bizim için şaşırtıcıydı, çünkü bu şekilde bir protein içinde bu şekilde kullanılan kalsiyum görmedik.”
Sonuçlara göre, bir kalsiyum katyonu – pozitif yüklü bir kalsiyum iyonu -, proteinin elektronları depolamak için kullandığı demir atomlarından 0.7 nanometreden daha az bir mesafede bulunur. Moleküllerin ölçeğinde bile, bu çok yakın.
“Bu düzenleme, proteinin, elektronları daha sonraki bir aşamada geçebileceği başka bir proteine bağlamanın ihtiyaç duyduğunu düşündüğümüz negatif yüküne rağmen elektronlar için yüksek bir afiniteye sahip olmasını sağlayabilir. Bu şekilde biyolojik fonksiyonunu en iyi şekilde yerine getirebilir.”
Kalsiyum iyonlarının aslında proteinin elektronlar için yüksek afinitesinin nedeni olduğunu kanıtlamak için, Max Planck ekibi proteinleri kalsiyum olan ve olmadan inceledi ve verileri karşılaştırdı – çünkü kalsiyum çok yaygın bir element olduğu ve böylece deneylerin kontaminasyonu sabit bir problemdi.
Aynı zamanda, Matthias Ullmann liderliğindeki Bayreuth Üniversitesi’nden bir grup teorik kimyager, kalsiyumlu ve kalsiyum olmadan bilgisayar simülasyonları gerçekleştirdi. Sonuçları Max Planck ekibinin verilerinin yorumlanmasını doğruladı.
Yeni araştırma bulguları, doğanın çelişkileri nasıl çözdüğüne dair güzel bir örnek sunmaktadır – bu durumda, bir protein içindeki yerel elektrik yüklerini ayarlayarak elektronlara olan afinitesinin artması. Bu keşif, hem enerjinin hücrelerden nasıl aktığını anlamak hem de nanoteknolojik uygulamalar için yeni insan yapımı proteinler geliştirmek için önemlidir.
