Hoewel eiwitten zeer verschillende functiefuncties hebben, of specialiteiten, in levende cellen, ze delen de algemene kenmerken - dezelfde universaliteit - in hun bewegingen, zeggen wetenschappers van de Universiteit van Oregon.

Hun beweging lijkt veel op aardverschuivingen in de bergen of bosbranden, meldt het UO-team in een paper gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven .

De bevindingen, die zich baseerden op theoretische methoden die zijn ontwikkeld in het laboratorium van UO-chemicus Marina Guenza, kan helpen bepalen waar eiwitbinding kan optreden, en hoe eiwitbeweging bij het proces betrokken is.

"Dynamiek is vaak onontgonnen in de studie van eiwitbinding, maar het zou een bepalende factor kunnen zijn voor de manier waarop eiwitten hun eigen biologische activiteit reguleren, "Zei Guenza. "Eiwitten in biologische systemen worden beperkt tot een maximale grootte en bewegen binnen een smal, temperatuurafhankelijke tijdsperiode waarin ze beschikbaar zijn om te binden met andere moleculen, dus het lijkt erop dat alle eiwitten een aantal universele kenmerken zouden moeten hebben die hun gedrag sturen. We probeerden dit universele gedrag te vinden met behulp van onze theoretische benadering."

In dat bereik, waar zoutconcentraties en -volume ook belangrijk zijn, vonden de onderzoekers, een kritisch waterstofbindingsnetwerk levert willekeurige energiefluctuaties die het vermogen van een eiwit om aan een ander molecuul te binden, maken of breken.

Energiefluctuaties en eiwitbewegingen werden onderzocht met behulp van de Langevin Equation for Protein Dynamics-methode ontwikkeld in het Guenza-lab.

"Veel bekende theoretische methoden proberen de eiwitdynamiek te bestuderen, maar ze missen belangrijke aspecten van de betrokken fysica, " zei Mohammadhasan Dinpajooh, een postdoctoraal onderzoeker. "Door de essentiële fysica op te nemen, kunnen we biologische mechanismen ontrafelen, die nog steeds ongrijpbaar zijn in vergevorderde röntgen- of nucleaire magnetische resonantie-experimenten."

Het werk was het resultaat van teamwork, gestart door Jeremy Copperman, een voormalig doctoraatsstudent natuurkunde in het lab, en vervolgd door Dinpajooh en Eric Beyerle, een derdejaars student.

"We hebben een manier ontwikkeld om de specifieke functionele dynamiek van een eiwit per eiwit nauwkeurig te beschrijven. we merkten een trend - een schaalpatroon - die geen reden had om daar te zijn, " zei Koperman, nu een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Wisconsin-Milwaukee. "We simuleerden de eiwitbeweging op supercomputers, maanden besteed aan het schrijven van analysecodes en hoeveelheden van dit eenvoudige schaalpatroon gevonden."

Met die informatie, Guenza zei, het team was in staat om het evenwicht van eiwitten in kaart te brengen dat bestaat in een altijd fluctuerend systeem dat willekeurig en op dezelfde manier beweegt als de frontlinie van een natuurbrand.

De onderzoekers namen beginnende structurele informatie op basis van kernmagnetische resonantie of röntgentechnieken, en simuleerde 14 gedragsdynamiek in 12 eiwitten in tijden variërend van 50 nanoseconden tot 1,23 milliseconden. Kortom, de onderzoekers suggereren dat de beweging van eiwitten kan worden beschreven door een eenvoudige fluctuatie die onderhevig is aan willekeurige energetische geluiden, dat is als het beklimmen van een bergketen die voortdurend willekeurig verschuift en herschikt.

De benadering van de studie om eiwitdynamiek te begrijpen kan nuttig zijn voor de farmaceutische industrie, zei Guenza.

"Industriële onderzoekers testen veel organische moleculen en kunnen zien dat een molecuul de functie van een eiwit stopt, maar ze weten niet hoe het werkt, " zei ze. "Onze aanpak zou hen in staat kunnen stellen deze mechanismen te begrijpen en uiteindelijk de structuur van hun medicijn te manipuleren zodat het de bindingsplaats vindt en zorgt voor een betere pasvorm op de doelplaats van het eiwit."