Denk eens aan een boom die zwaait in de wind. Hoe lang duurt het voordat de beweging van een takje de stam van de boom bereikt? Hoe wordt deze beweging eigenlijk door de boom overgedragen? Onderzoekers van de Universiteit van Freiburg verplaatsen dit soort vragen naar de analyse van eiwitten, de moleculaire machinerie van cellen.

Een team van onderzoekers onder leiding van Prof. Dr. Thorsten Hugel van het Instituut voor Fysische Chemie, en Dr. Steffen Wolf en Prof. Dr. Gerhard Stock van het Institute of Physics onderzoeken hoe de signalen die structurele veranderingen in eiwitten veroorzaken, van de ene plaats naar de andere gaan. Ze proberen ook te bepalen hoe snel deze mechanismen plaatsvinden. Tot nu, onderzoekers zijn niet in staat geweest om de precieze snelheid van signaaloverdracht te analyseren omdat het veel tijdschalen omvat - variërend van nanoseconden tot seconden. De onderzoekers in Freiburg, echter, hebben nu een dergelijke resolutie bereikt door verschillende experimenten te combineren, simulaties, en theoretische studies. Ze publiceren hun resultaten in het wetenschappelijke tijdschrift Chemische Wetenschappen .

In tegenstelling tot bomen, de bewegingen voor het eiwit geanalyseerd in de studie, Hsp90, ontvouwen zich op logaritmische tijdschalen. Elke grote beweging duurt ongeveer tien keer zo lang als de kleine, individuele bewegingen die deel uitmaken van de grotere. Wolf legt uit, "Bijvoorbeeld, een takje beweegt op een tijdschaal van seconden; de tak met tien seconden; en de kofferbak met 100 seconden." Door een combinatie van geavanceerde experimentele en theoretische methoden te gebruiken, konden de onderzoekers allosterische communicatie volgen, met andere woorden, om te laten zien hoe een reactieproces in Hsp90 een afgelegen eiwitbindingsplaats veranderde. Volgens voorraad, het team ontdekte de hiërarchie van dynamiek waarop dit allosterische proces zich ontvouwt, waaronder de tijdschalen van nanoseconden tot milliseconden en lengteschalen van picometers tot enkele nanometers.

Wat is meer, het reactieproces in Hsp90 gaat gepaard met een structurele verandering in het enkele aminozuur Arg380. Arg380 verzendt vervolgens structurele informatie naar een subdomein van het eiwit, en uiteindelijk, geeft het door aan het eiwit als geheel. De resulterende verandering in structuur sluit een centrale bindingsplaats van het eiwit, waardoor het nieuwe functies kan vervullen. De onderzoekers van de Universiteit van Freiburg vermoeden dat soortgelijke hiërarchische mechanismen zoals die in het Hsp90-eiwit ook van fundamenteel belang zijn bij signaaloverdracht binnen andere eiwitten. Hugel zegt dat dit nuttig kan zijn voor het gebruik van medicijnen om eiwitten te controleren.