Eiwitten zijn essentieel voor elke levende cel en verantwoordelijk voor veel fundamentele processen. Vooral, ze zijn nodig als biokatalysatoren in het metabolisme en voor signalering in de cel en tussen cellen. Veel ziekten ontstaan ​​als gevolg van storingen in deze communicatie, en de oorsprong van signalering in eiwitten is een bron van groot wetenschappelijk debat geweest. Nutsvoorzieningen, Voor de eerste keer, een team van onderzoekers van de Universiteit van Göttingen heeft de mobiele protonen geobserveerd die dit werk doen in elke levende cel, waardoor nieuwe inzichten in de mechanismen ontstaan. De resultaten zijn gepubliceerd in Natuur .

Onderzoekers van de Universiteit van Göttingen onder leiding van professoren Kai Tittmann en Ricardo Mata hebben een manier gevonden om hoogwaardige eiwitkristallen van een menselijk eiwit te kweken. De DESY-deeltjesversneller in Hamburg maakte het mogelijk om protonen (subatomaire deeltjes met een positieve lading) in het eiwit te observeren. Deze verrassende "dans van de protonen" liet zien hoe ver verwijderde delen van het eiwit ogenblikkelijk met elkaar konden communiceren - zoals elektriciteit die door een draad beweegt.

In aanvulling, De groep van Tittmann verkreeg gegevens met hoge resolutie voor verschillende andere eiwitten, toont in ongekend detail de structuur van een soort waterstofbinding waarbij twee zwaardere atomen effectief een proton delen (bekend als "waterstofbinding met lage barrière"). Dit was de tweede verrassing:de gegevens toonden aan dat waterstofbinding met lage barrière inderdaad bestaat in eiwitten die een decennialange controverse oplossen, en speelt in feite een essentiële rol in het proces.

"De protonbewegingen die we observeerden, lijken sterk op het speelgoed dat bekend staat als de wieg van Newton, waarin de energie onmiddellijk wordt getransporteerd langs een ketting van hangende metalen ballen. Bij eiwitten, deze mobiele protonen kunnen direct andere delen van het eiwit verbinden, " legde Tittmann uit, die ook een Max Planck Fellow is aan het Max Planck Institute for Biophysical Chemistry in Göttingen. Het proces werd gesimuleerd met behulp van kwantumchemische berekeningen in het laboratorium van professor Mata. Deze berekeningen leverden een nieuw model op voor het communicatiemechanisme van de protonen. "We weten al geruime tijd dat protonen op een gecoördineerde manier kunnen bewegen, zoals in water bijvoorbeeld. Nu lijkt het erop dat eiwitten zo zijn geëvolueerd dat ze deze protonen ook daadwerkelijk kunnen gebruiken voor signalering."

De onderzoekers denken dat deze doorbraak kan leiden tot een beter begrip van de chemie van het leven, het begrip van ziektemechanismen te verbeteren en tot nieuwe medicijnen te leiden. Deze vooruitgang moet de ontwikkeling mogelijk maken van schakelbare eiwitten die kunnen worden aangepast aan een groot aantal potentiële toepassingen in de geneeskunde, biotechnologie en milieuvriendelijke chemie.