دانشمندان ساختار پروتئین شیشه ساز قارچ ها را تعیین کرده اند


اسفنج شیشه ای اعتبار: رونالد سایدل / ایگور زلوتنیکوف

قارچ یکی از قدیمی ترین حیوانات روی زمین است. آنها در طیف وسیعی از آب ها ، از دریاچه ها گرفته تا اقیانوس های عمیق ، زندگی می کنند. قابل ذکر است که اسکلت برخی از قارچ ها از شبکه ای از ساختارهای شیشه ای بسیار متقارن تشکیل شده است. این اسکلت های شیشه ای مدت هاست که محققان را شیفته خود می کند. چگونه قارچ ها شیشه های بی نظم موجود در عناصر اسکلتی را که بسیار صحیح هستند ، دستکاری می کنند؟ محققان از B CUBE – مرکز مهندسی زیستی مولکولی در TU درسدن ، همراه با تیم هایی از مرکز پیشرفت الکترونیک درسدن (cfaed) و منبع نور سوئیس در موسسه Paul Scherer در سوئیس اولین کسانی هستند که ساختار سه بعدی (3-D) ساختار را تعیین می کنند پروتئین مسئول تشکیل شیشه در قارچ ها. آنها توضیح می دهند که چگونه اولین و در واقع تنها کریستال معدنی پروتئین معدنی شناخته شده تشکیل می شود. نتایج در ژورنال منتشر شد PNAS.

قارچ های شیشه ای – همانطور که از نامش پیداست – دارای اسکلتی مبتنی بر شیشه هستند که از شبکه ای از سوزن های شیشه ای ، قلاب ها ، ستاره ها و کره ها تشکیل شده است. برای دستیابی به چنین معماری منحصر به فردی ، آنها باید شکل شیشه های بی نظم را دستکاری کنند و عناصر بسیار منظم و متقارنی را تشکیل دهند. الیاف کریستالی نازک ساخته شده از پروتئینی معروف به سیلیکاتین در کانالهای داخل این عناصر شیشه وجود دارد. شناخته شده است که کریستال های سیلیکاتین مسئول سنتز شیشه در قارچ ها و تشکیل اسکلت شیشه هستند. با این حال ، تاکنون تلاش برای تعیین ساختار سه بعدی این پروتئین نحوه مونتاژ آن در کریستال ها و چگونگی شکست آن در اسکلت شیشه ای را توصیف کرده است. عمدتا به این دلیل که هیچ کس نتوانسته است این کریستال ها را در آزمایشگاه تولید کند.

تیمی از محققان به سرپرستی دکتر ایگور زلوتنیکوف از B CUBE – مرکز مهندسی زیستی مولکولی در TU درسدن ، رویکردی غیرمعمول را امتحان کردند. به جای تولید سیلیکاتین در آزمایشگاه و تلاش برای تهیه بلورهای آزمایشگاهی برای بررسی ساختار ، محققان تصمیم گرفتند سوزن های شیشه ای را از اسکلت اسفنج برداشته و کریستال های کوچکی را که از قبل در داخل وجود دارند تجزیه و تحلیل کنند.

تیم زلاتنیکوف ، به همراه محققان مرکز درسدن تجزیه و تحلیل درسدن (DCN) در مرکز الکترونیک پیشرفته درسدن (cfaed) ، از میکروسکوپ الکترونی انتقال قدرت با وضوح بالا (HRTEM) برای بررسی بلورهای سیلیکات بسته بندی شده در سوزن های شیشه استفاده کردند. وی توضیح می دهد: “ما ساختاری بسیار مرتب و در عین حال پیچیده مشاهده كردیم. با تجزیه و تحلیل نمونه ، متوجه شدیم كه این ماده مخلوطی از مواد آلی و معدنی است. این بدان معناست كه هم پروتئین ها و هم شیشه ، یك ابرسازه ترکیبی را تشکیل می دهند که به گونه ای اسکلت قارچ را تشکیل می دهد.” دکتر زلاتنیکوف.

یک روش سنتی برای به دست آوردن ساختار سه بعدی پروتئین قرار گرفتن بلور آن در معرض اشعه X است. هر کریستال پروتئینی اشعه X را به طور متفاوتی پراکنده می کند و تصویری منحصر به فرد از آرایش داخلی آن ارائه می دهد. با چرخش کریستال و جمع آوری چنین تصاویری از زوایای مختلف ، محققان می توانند از روشهای محاسباتی برای تعیین ساختار پروتئین 3-D استفاده کنند. چنین رویکردی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد و اساس زیست شناسی ساختاری مدرن است. برای کریستالهایی با اندازه حداقل 10 میکرون خوب کار می کند. با این حال ، گروه Zlotnikov می خواست بلورهای سیلیکاتین را که حدود 10 برابر کوچکتر بودند ، تجزیه و تحلیل کند. هنگامی که در معرض اشعه ایکس قرار می گیرند ، تقریباً بلافاصله آسیب می بینند ، و جمع آوری یک عکس کامل از بسیاری زوایا را غیر ممکن می کند.

محققان با پشتیبانی تیم منبع نور سوئیس PSI (SLS) از روش جدید در حال ظهور موسوم به کریستالوگرافی سریال استفاده کردند. فیلیپ لئونارسکی ، دانشمند از خطوط پرتوی PSI که در این مطالعه شرکت کرد ، گفت: “شما تصاویر پراش از بسیاری از کریستال ها را ترکیب می کنید.” “با روش سنتی ، شما یک فیلم می سازید. با روش جدید ، تصاویر زیادی به دست می آورید ، سپس آنها را برای رمزگشایی ساختار ترکیب می کنید.” هر عکس در قسمت متفاوتی از کریستال کوچک یا حتی کریستالی متفاوت گرفته می شود.

در مجموع ، محققان بیش از 3500 تصویر پراش اشعه ایکس از 90 سوزن شیشه ای را در جهت گیری کاملا تصادفی جمع آوری کردند. آنها با استفاده از پیشرفته ترین روش های محاسباتی توانستند نظمی در هرج و مرج پیدا کرده و با جمع آوری داده ها اولین ساختار کامل 3-D سیلیکاتین را تعیین کنند.

دکتر زلوتنیکوف می گوید: “قبل از این مطالعه فرض بر این بود که ساختار سیلیکاتین بر اساس شباهت آن با پروتئین های دیگر است.” با استفاده از ساختار سه بعدی سیلیکاتین که به تازگی بدست آمده است ، محققان توانستند مونتاژ و عملکرد آن را در اسکلت شیشه ای قارچ درک کنند. آنها یک مدل محاسباتی از روبنای داخل سوزن شیشه ای ساختند و تصاویر پیچیده اولیه ابرسازه های شیشه ای پروتئینی بدست آمده با HRTEM را توضیح دادند.

دکتر زلوتنیکوف نتیجه گیری می کند: “ما اطلاعات مفصلی در مورد وجود روبنای شیشه ای 3-D در موجود زنده ارائه داده ایم. در حقیقت ، آنچه ما توصیف می کنیم اولین چیزی است که در مجموعه کریستال-مواد معدنی ترکیبی پروتئین های معدنی وجود دارد.”


اسفنج دریایی یک نخ شیشه ای با آرایش دوره ای کامل نانو حفره ها تشکیل می دهد


اطلاعات بیشتر:
استفان گورلیخ و دیگران روبن پروتئین سیلیکون ترکیبی طبیعی در وضوح اتمی ، اطلاعیه های آکادمی ملی علوم (2020) DOI: 10.1073 / pnas.2019140117

تهیه شده توسط دانشگاه صنعتی درسدن

نقل قول: دانشمندان ساختار پروتئین شیشه ساز در قارچ ها را تعیین می کنند (2020 ، 25 نوامبر) ، استخراج شده در 25 نوامبر سال 2020 از https://phys.org/news/2020-11-scientists-glass-shaping-protein-spongges. html

این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هر معامله عادلانه ای به منظور معاینه خصوصی یا تحقیق ، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تولید نیست. این محتوا فقط برای اطلاع رسانی ارائه شده است.




منبع: moshaverh-news.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*