Phone

Odomknite zložité fungovanie biologických hodín

Odomknite zložité fungovanie biologických hodín
Written by pocox3

Odomknite zložité fungovanie biologických hodín

Obrázok 1. Cirkadiánne rytmy fosforylačného cyklu (červený kruh s „P“ označujúci prenos fosforu) a cyklus hydrolýzy ATP (modrý kruh s „ATP“ a „ADP“ označujúci konverziu adenozín-trifosfátu na adenozín-difosfát) pozorované v skúmavke. Kredit: NINS/IMS

Vedci chcú lepšie pochopiť cirkadiánne rytmy, 24-hodinové cykly vnútorných biologických hodín spánku a bdenia, ktoré sa vyskytujú v organizmoch od ľudí a rastlín až po huby a baktérie. Výskumný tím skúmal komplexné fungovanie cyanobaktérií a teraz môže lepšie pochopiť, čo poháňa ich cirkadiánne hodiny.

Tím vedený výskumníkmi z Inštitútu molekulárnych vied Národného inštitútu prírodných vied v japonskom Okazaki zverejnil svoje zistenia 15. apríla 2022 v r. Vedci napredujú.

Tím zameral svoj výskum na KaiC, hodinový proteín, ktorý reguluje cirkadiánny rytmus v cyanobaktériách, čo je typ baktérie, ktorá žije vo všetkých typoch vody a často sa vyskytuje v modrozelených riasach. Tieto biologické hodiny v organizmoch sú tvorené bielkovinami. Cirkadiánne hodiny siníc sú najjednoduchšie cirkadiánne hodiny, pokiaľ ide o počet ich komponentov, ale stále ide o veľmi zložitý systém, ktorý môže vedcom poskytnúť informácie o tom, ako všetky cirkadiánne hodiny fungujú. Modravé sinice sú mikroorganizmy, ktoré možno nájsť v prostrediach od slanej a sladkej vody až po pôdu a skaly. Tím skúmal štrukturálny základ alosterie, komplexné zmeny, ktoré sa vyskytujú v tvare a aktivite proteínu KaiC v cyanobaktériách. Allostery riadi cirkadiánne hodiny cyanobaktérií.

Tím študoval atómové štruktúry hodinového proteínu KaiC a skúmal tisíce kryštalizačných podmienok. Táto podrobná štúdia atómových štruktúr im umožnila pokryť celý fosforylačný cyklus, proces, ktorým sa fosfát prenáša na proteín (obrázok 2, spodný panel). Fosforylácia spolupracuje s ďalším reakčným cyklom, hydrolýzou ATP, ktorá zodpovedá energeticky náročným udalostiam určujúcim rýchlosť hodín (obrázok 2, horný panel). Systém fosforylácie-hydrolýzy ATP funguje ako regulátor bunkovej aktivity. Aby im pomohli pochopiť základ alosterie, kryštalizovali proteín KaiC do ôsmich odlišných stavov, čo im umožnilo pozorovať kooperatívnosť medzi cyklom fosforylácie a cyklom hydrolýzy ATP fungujúcim ako dve ozubené kolesá (obrázok 2 vpravo).

Odomknite zložité fungovanie biologických hodín

Obrázok 2. Cyklus fosforylácie a cyklus hydrolýzy ATP sa vyskytujú v dvojkruhovej štruktúre KaiC. Oba cykly sú sprostredkované vodíkovými väzbami medzi kyslými, zásaditými a neutrálnymi zložkami. Kredit: NINS/IMS

V minulosti vedci skúmali fosforový cyklus proteínu KaiC in vivo, in vitro a in silico. Napriek tomu sa málo vedelo o tom, ako alosteria reguluje cyklus fosforu v KaiC.

Štúdiom KaiC v ôsmich rôznych stavoch bol tím schopný pozorovať spojenie, ktoré sa vyskytuje v cykle fosforu a cykle hydrolýzy ATPázy. Toto spojenie dvoch ozubených kolies poháňa cirkadiánne hodiny cyanobaktérií.

“Pretože sa proteíny skladajú z veľkého počtu atómov, nie je ľahké pochopiť mechanizmy ich komplikovaných, ale usporiadaných funkcií. Musíme trpezlivo sledovať štrukturálne zmeny proteínov,” povedal Yoshihiko Furuike, asistent profesora z Molecular Research Institute. . vedy, Národné ústavy prírodných vied.

Proteín KaiC rytmicky autonómne zapína a vypína reakčné cykly, aby reguloval stavy zostavy iných proteínov súvisiacich s hodinami. Takže, premýšľajúc o svojich ďalších krokoch, by tím mohol použiť štrukturálnu biológiu na odhalenie atómových mechanizmov zrýchlenia a spomalenia otáčania ozubených kolies. “Naším cieľom je vidieť všetky cyanobakteriálne hodinové proteíny počas oscilácie na atómovej úrovni a opísať, kedy usporiadaný rytmus vzniká z chaotickej atómovej dynamiky,” povedal Furuike.

Ich práca môže slúžiť ako výskumný nástroj, ktorý vedcom pomôže lepšie pochopiť mechanizmy, ktoré fungujú v cirkadiánnom cykle hodín. V budúcnosti môže výskumný tím vidieť, že ich zistenia budú mať širšie uplatnenie. Cicavce, hmyz, rastliny a baktérie majú svoje vlastné hodinové proteíny s odlišnými sekvenciami a štruktúrami. “Logiku vzťahu medzi dynamikou KaiC a hodinovými funkciami však možno použiť na ďalšie štúdie na rôznych organizmoch, ” povedal Furuike.


„Rybárstvo“ spojené s hodinami pre denný rytmus


Viac informácií:
Yoshihiko Furuike a kol., Objasnenie základnej alosterie pre osciláciu cirkadiánnych hodín v cyanobaktériách, Vedci napredujú (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abm8990. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm8990

Poskytujú Národné inštitúty prírodných vied

Citovať: Odblokovanie komplexného fungovania biologických hodín (15. apríla 2022) Získané 16. apríla 2022 z https://phys.org/news/2022-04-complex-biological-clock.html

Tento dokument podlieha autorským právam. S výnimkou čestného použitia na účely súkromného štúdia alebo výskumu sa žiadna časť nesmie reprodukovať bez písomného súhlasu. Obsah je poskytovaný len pre informáciu.

About the author

pocox3

poco lofya max founder of swahli afya and creater content I am from kenya in the north to the southern border of Tanzania in the south. kiSwahili or Kiswahili

Leave a Comment