Wetenschappers hebben moleculaire blauwdrukken opgesteld van een kleine cellulaire 'nanomachine', wiens evolutie een buitengewone prestatie van de natuur is, door gebruik te maken van een van de helderste röntgenbronnen op aarde.

De wetenschappers produceerden de structurele kaart van deze nanomachine - diacylglycerolkinase - met behulp van een "hit and run" kristallografietechniek.

Daarbij, ze hebben kunnen begrijpen hoe het kleine enzym cruciale cellulaire taken vervult - het beantwoorden van vragen die al meer dan 50 jaar op tafel liggen over dit 'paradigmatische eiwit'.

Kinasen zijn belangrijke spelers in het metabolisme, cel signalering, eiwit regulatie, cellulair transport, secretoire processen, en vele andere cellulaire paden die ons in staat stellen om gezond te functioneren. Ze coördineren de overdracht van energie van bepaalde moleculen naar specifieke substraten, die hun activiteit beïnvloeden, reactiviteit, en het vermogen om andere moleculen te binden.

diacylglycerol kinase, de focus van deze studie, speelt een rol bij de synthese van bacteriële celwanden. Het is een kleine, integraal membraanenzym dat een bijzonder complexe reactie coördineert:het lipidesubstraat is hydrofoob (afgestoten door water) en bevindt zich in celmembranen, terwijl het co-substraat, ATP, is volledig oplosbaar in water.

Hoe het dit doet was decennia lang een mysterie gebleven, maar de nieuw geproduceerde blauwdrukken hebben deze vragen beantwoord.

"Hoe deze kleine nanomachine, minder dan 10 nm lang, brengt deze twee ongelijksoortige substraten samen op het membraaninterface voor reactie wordt onthuld in een moleculair gedetailleerde kristalstructuur. Het is de kleinste bekende kinase, en het zien van zijn vorm met kristalhelderheid helpt ons nu om vragen te beantwoorden die zijn ontstaan ​​uit meer dan 50 jaar werk aan dit paradigmatische eiwit, " zei hoogleraar Membraan structurele en functionele biologie, in de School of Biochemistry and Immunology aan het Trinity College Dublin, Martijn Caffrey.

Uitzoeken hoe deze kleine machine op moleculair niveau werkt, werd enorm vergemakkelijkt door ons gebruik van een van de helderste röntgenbronnen op aarde. de röntgenvrije-elektronenlaser in het Stanford Linear Accelerator Center.

Professor Caffrey voegde toe:"Dit instrument produceert uitbarstingen van röntgenstralen van slechts femtoseconden (een vierhonderdste van een seconde) lang. Met deze korte uitbarstingen waren we in staat structurele informatie over het enzym te verkrijgen voordat het verdampte door stralingsschade in wat ik afgezaagd verwijzen naar als 'Hit and Run' seriële kristallografie."

In de toekomst, de wetenschappers hopen hun vrije-elektronenlaserwerk uit te breiden om 'röntgenfilms' te maken van deze opmerkelijke nanomachine, om te zien hoe het 'scheikunde doet' in atomaire details in realtime.

Het artikel dat het werk beschrijft, is vandaag gepubliceerd in het toonaangevende tijdschrift Natuurcommunicatie .