Macht der einfache physikalische Modelle für komplexe protein-Maschinen

Macht der einfache physikalische Modelle für komplexe protein-Maschinen

Die lebende Zelle kann betrachtet werden als eine Fabrik, wo protein-Maschinen sind für die verschiedenen Prozesse, wie den transport von material innerhalb der Zelle oder Operationen mit anderen Makromolekülen wie DNA. Ihr Betrieb ist in der Regel angeheizt durch die ATP-Moleküle, die wichtigsten Energieträger in biologischen Zellen. Die Chemische Energie aus der ATP-Hydrolyse wird von einer proteinmaschinerie, um zyklisch seine Form ändern, und somit eine bestimmte Funktion auszuführen. Daher, lösen funktioneller konformationsänderungen in Proteinen ist eine große Herausforderung, mit grundlegender Bedeutung für das Verständnis und die Kontrolle von biologischen Einzel-Molekül-Motoren und Maschinen.

Die Komplexität der Wechselwirkungen zwischen den Atomen im protein-Maschine ist so hoch, dass sogar die weltbesten Supercomputer, die nicht reproduzieren können, nur eine Ihrer Schaltspiele. In diesem review-Artikel, es wird jedoch gezeigt, dass wesentliche Aspekte des Betriebs von natürlichen nano-Geräte werden kann, zeigten bereits durch die Erforschung sehr einfache mechanische Modelle von Proteinen, D. H. durch die Behandlung solcher Makromoleküle als elastische Netzwerke erhalten durch verbinden der Partikel durch eine Reihe von elastischen Federn.

Die Autoren, professor Alexander Mikhailov und assistant professor Holger Flechsig aus der Nano-Life-Science-Institut in der Kanazawa University in Japan, argumentieren, dass die elastischen Netze der entsprechenden protein-Maschinen, die mit funktionellen Dynamik haben spezielle Eigenschaften, die sich in den Prozess der biologischen evolution. Trotz einer scheinbaren Komplexität, internen Bewegungen in solchen Systemen gehen in einer geordneten Weise, als ob geführte entlang versteckten Schienen. So, eine molekulare Maschine verhält sich ähnlich wie makroskopische mechanische Geräte mit hoch koordinierte Bewegungen Ihrer Teile. Dadurch wird sichergestellt, dass die cellular factory-Funktion robust trotz starker Schwankungen anwesend nanoscales.

Mit diesem Ansatz, Simulationen über die gesamte Betriebs-Zyklen durchgeführt werden konnten und die ersten molekularen Filme von protein-Maschinen wurden so erhalten. Im original 2010 Veröffentlichung haben die Autoren gezeigt, wie die Helikase-motor-protein des hepatitis-C-virus — ein AUFTRAGGEBER einen Teil seiner replikationsmaschinerie und ein wichtiges pharmakologisches Ziel für antivirale Medikamente — aktiv bewegt sich entlang der DNA und mechanisch entpackt es.

Künstliche Eiweiß-ähnliche Strukturen mit Maschine Eigenschaften könnte man außerdem so konzipiert, durch ausführen einer computer-Entwicklung von elastischen Netzen.

Dieser review-Artikel stellt eine neue Perspektive im Verständnis der komplexen Maschinerie der biologischen Zellen. Es ebnet auch den Weg zu neuen Ansätzen in der Gestaltung von künstlichen nano-Maschinen — die Aufgabe, die ein hohes Potenzial für zukünftige biotechnologische Anwendungen.