Aviso: Esta página é uma tradução automática da página original em inglês. Por favor note uma vez que as traduções são geradas por máquinas, não tradução tudo será perfeita. Este site e suas páginas da Web destinam-se a ler em inglês. Qualquer tradução deste site e suas páginas da Web pode ser imprecisas e imprecisos no todo ou em parte. Esta tradução é fornecida como uma conveniência.

Que faz um tiquetaque de pulso de disparo biológico simples?

Uma equipe interdisciplinar dos pesquisadores na universidade de Vanderbilt analisou o pulso de disparo biológico conhecido o mais simples e figurou para fora o que o faz tiquetaquear.

Os resultados de sua análise são publicados na introdução do 27 de março da biblioteca pública do jornal da biologia da ciência.

Os pulsos de disparo biológicos são pacemaker microscópicos. São encontrados em tudo da escumalha de lagoa aos seres humanos e parecem ajudar a organizar uma disposição dizzying de processos bioquímicos. Um viajante experimenta o jet lag quando seu pulso de disparo interno se torna fora do synch com o ambiente. A desordem afectiva sazonal, alguns tipos de depressão, as desordens de sono e os problemas que ajustam às mudanças no trabalho dão um ciclo todos podem ocorrer quando o pulso de disparo biológico de um indivíduo actua acima. Os estudos recentes encontraram mesmo as relações entre estes relógios moleculars e cancro.

Em 2005, um grupo de pesquisadores japoneses surpreendeu a comunidade científica mostrando a isso as três proteínas quais compo o pulso de disparo biológico em algas verdes azuis estabelecessem um ciclo de 24 horas no seus próprios quando colocados em um tubo de ensaio com triphosphate de adenosina (ATP), o produto químico esse pusessem reacções biológicas.

“Que era uma surpresa grande,” diz Carl Johnson, professor das ciências biológicas que dirigiram o estudo novo. “Nós todos pensamos que o sistema era um feedback muito mais complicado e mais exigido da pilha? maquinaria genética de s a fim trabalhar.”

O anúncio alertou Johnson, que tem trabalhado ao longo das linhas similares, montar uma equipe interdisciplinar para figurar para fora como estas três proteínas podem estabelecer e manter um ciclo constante, de 24 horas. E seu colaborador velho, professor da bioquímica Martin Egli, recrutaram um grupo de pesquisadores que são peritos na microscopia de elétron? Professor adjunto Phoebe Stewart e research fellow Dewight Williams? e biofísica? Professor Hassane Mchaourab? tudo do departamento da fisiologia molecular. Biomathematician Mark Byrne, um research fellow na farmacologia, arredondada para fora o grupo.

Embora o pulso de disparo biológico consista em somente três porções básicas? proteínas que foram etiquetadas KaiA, KaiB e KaiC? quando os começaram a analisar o que estava ocorrendo no tubo de ensaio descobriram muito mais estavam indo em do que tinham imaginado.

“A parte a mais fresca é que uma máquina biológica simples pode fazer uma coisa surpreendente como mantendo o tempo,” diz Williams. “É o enigma biológico o mais fascinante que eu vim transversalmente em minha carreira até agora.”

A pergunta básica que os pesquisadores expor para compreender são como estas moléculas, que se estão submetendo a reacções em um segundo-por-segunda e minuto a minuto a freqüência, pode sustentar um ciclo de 24 horas.

A roda denteada a maior no bioclock é a proteína KaiC. É uma grande, molécula em forma de barril montada de seis componentes idênticos. O ciclo diurno toma o formulário do aumento e da diminuição regulares no número de grupos do fosfato anexados às moléculas de KaiC. O acessório e o destacamento de grupos do fosfato? um processo chamou a fosforilação e a desfosforilação? é um método comum do regulamento da proteína. Quando KaiC é phosphorylated interage em maneiras diferentes com outras proteínas na pilha do que faz quando dephosphorylated. Isso permite que o bioclock desligue vários processos celulares sobre e.

Baseado na pesquisa precedente, Johnson e seus colegas tiveram alguma introspecção no papel das duas proteínas menores. Souberam que quando KaiA liga a KaiC a taxa da fosforilação aumenta, facilitando a para o fosfato agrupa para ligar ao hexamer ou a fazê-lo mais difícil para que quebrem afastado. KaiB, pelo contraste, doesn? ligamento de t a KaiC até que estiver altamente phosphorylated. Mas, quando faz, KaiB neutraliza a influência de KaiA.

Ao princípio, os pesquisadores previram um processo relativamente directo: KaiA ligaria com KaiC e a fosforilação aumentaria gradualmente por 12 horas. Então algo provocaria KaiB para começar a ligar-se com estes complexos e a fosforilação diminuiria gradualmente por 12 horas. Contudo, Johnson e Egli? os esforços de s para refinar-los e cristalizar os complexos de KaiAC e de KaiABC assim que podiam determinar sua estrutura usando o cristalografia do raio X falhado repetidamente.

Ele wasn? t até começaram a pôr a mistura sob o microscópio de elétron da transmissão que realizaram a razão para esta falha. “Despeja que os complexos não formam uma estrutura estática, que é porque nós não poderíamos a cristalizar,” diz Stewart. “Ele doesn? t vai o complexo um ao complexo dois três horas mais tarde e então três horas mais tarde ao complexo seguinte. Em lugar de, você tem misturas de todos os complexos diferentes em todos os pontos do tempo, apenas em relações diferentes.” Os pesquisadores dividiram o ciclo de 24 horas em sete fases iguais: Começando no mais de baixo nível da fosforilação de KaiC, nas fases Up1 e Up2 o nível da fosforilação aumenta até que alcance um nível máximo. Depois desta fase de “P”, os hexamers começam a dephosphorylating com as fases Down1, Down2 e Down3, alcançando seu mais de baixo nível na fase de “T” (T para a calha) e então começa sobre.

A análise igualmente encontrou esse, além do que KaiA, KaiB e KaiC, as grandes quantidades igualmente contidas do tubo de ensaio das três moléculas menores, chamadas os monómeros, que são os blocos de apartamentos básicos para as proteínas do bioclock. KaiC é um hexamer que seja compo de seis monómeros. KaiA é um dímero que seja compo de dois monómeros. E KaiB é um tetramer que seja compo de quatro monómeros. Ao mesmo tempo que as três proteínas estão em complexos e quebrado acima outra vez, KaiC igualmente está quebrando distante em monómeros e está recombining então.

Quando isto forneceu uma introspecção nova valiosa no processo, não explicou o que estava acontecendo realmente. Para ajudar a decifrar a dinâmica deste sistema, girou para Byrne. “A tarefa que eu fui dado por Carl era figurar para fora como este sistema de três proteínas, quando combinado com o ATP, pode produzir uma oscilação de 24 horas,” diz o biomathematician. “Que nós? a VE vem acima com é nossa? a melhor suposição? modelo para como o sistema trabalha.”

De acordo com Byrne? s modela, a chave ao sistema? a estabilidade de s é o papel jogado pela troca dos monómeros por hexamers de KaiC. “O ciclo de 24 horas é a variação no nível médio da fosforilação dos hexamers. Para produzir sustentou ritmos no sistema, você deve ter alguma maneira de sincronizar os níveis da fosforilação de hexamers individuais,” diz. O facto de que os hexamers estão trocando monómeros em uma taxa substancialmente mais rápida do que o processo de fosforilação e de desfosforilação mantem níveis da fosforilação distribuídos uniformente durante todo a população de KaiC. “Se a população se torna assíncrona? isto é, se o phosphorylate de alguns hexamers e dephosphorylate fora do synch com o outro? então os hexamers começarão oscilar fora da fase um com o otro e você perderá o ritmo.”

O modelo explica com sucesso porque uma proporção específica das três proteínas é necessário estabelecer o ritmo de 24 horas, como a temperatura pode restaurar o sistema e as características gerais do sistema do bioclock. Contudo, há muito mais a aprender.

“Este papel é nossa primeira etapa para visualizar o que está acontecendo durante o ciclo de 24 horas,” diz Stewart. “O nível seguinte de compreensão será como as proteínas trabalham junto como um nanomachine para realizar seu trabalho.”

Então, também, os pesquisadores realizam que a maneira que os sistemas do bioclock trabalham em pilhas vivas é substancialmente mais complexo do que o que ocorre em um tubo de ensaio. Por um lado, haverá uns níveis adicionais de regulamento, tais como o controle da síntese dos monómeros da proteína do bioclock, que influenciam sua operação.