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la microscopie de Cryo-électron indique comment la protéine de transport fonctionne très efficacement

La structure d'un composé de transport employé par des bactéries pour importer l'aspartate a été tracée dans le seul petit groupe par l'université des scientifiques de Groningue. Les protéines étaient imagées utilisant la microscopie de cryo-électron. Les résultats indiquent que le tambour de chalut fonctionne très efficacement. C'est particulièrement tout intéressant qu'un tambour de chalut assimilé est indispensable pour la transduction du signal entre les cellules d'esprit humain. Les résultats d'étude étaient publiés dans des transmissions de nature le 21 février.

Les cellules emploient une myriade de protéines de transport pour faire la navette des substances en travers de leurs membranes : la nourriture et les synthons sont importés, des toxines et d'autres rebuts sont exportés. Un exemple est le tambour de chalut d'aspartate, que les bactéries emploient pour importer cet acide aminé. L'organisme de recherche d'enzymologie de membrane abouti par professeur Dirk Slotboom et le groupe structurel de biologie abouti par M. Albert Guskov à l'institut de Groningue pour les sciences et la biotechnologie biomoléculaires ont étudié ce tambour de chalut pendant plusieurs années, en partie parce que c'est un bon modèle pour le tambour de chalut humain qui élimine le glutamate de neurotransmetteur de la fente synaptique, une opération indispensable dans fonctionner de nos cellules du cerveau.

Levage de marchandises

Le tambour de chalut d'aspartate dans des membranes bactériennes est un trimère, ainsi il signifie que trois éléments identiques sont liés fortement pour former un composé. L'aspartate est captée de l'environnement, transportée par la membrane cellulaire et relâchée sur l'intérieur de la cellule. Trois ions de sodium selon l'élément actionnent ce passage, qui peut être comparé à un levage de marchandises : les ions d'aspartate et de sodium grippent à une partie de la protéine de transport, qui présente alors la cellule. Après livraison de l'aspartate, elle quitte de nouveau.

« Nous avons précédemment tracé la structure du composé avec de l'aspartate utilisant la cristallographie de rayon X, » explique Slotboom. Ces études ont prouvé que les trois levages dans le composé étaient toujours en même position. « Cependant, la preuve biochimique a proposé qu'elles pourraient fonctionner indépendamment d'une un un autre. » C'est pourquoi il a décidé d'étudier le composé de transport dans un environnement plus indigène, à l'intérieur d'une membrane. Ceci a été fait utilisant la microscopie de cryo-électron, une méthode pour produire des images des composés de protéine.

Questions

Les protéines ont été insérées dans de petites corrections des bilayers de lipide, maintenues ensemble par une courroie de protéine. Ces nanodiscs de lipide ont été rapidement gelés et étudiés dans un microscope de cryo-électron. En combinant un grand nombre d'images, le composé de transport était imagé à une définition de 3.2-3.5 angströms.

Ce que nous avons vu était très différent des structures obtenues avec la cristallographie de rayon X : dans la plupart des composés, les levages étaient dans différentes positions, compatibles avec les mouvements indépendants. »

Valentina Arkhipova, chercheuse post-doctorale dans le groupe de Slotboom et premier auteur du papier

Ceci soulève la question de pourquoi la protéine formerait un composé trimeric. Arkhipova : « La pièce de levage de chaque élément exige du support de déménager par la membrane. Un levage unique ancré à l'intérieur de la membrane pourrait commencer à osciller. Mais trois levages avec les attaches branchées forment une structure stable. »

Fuite

Une autre possibilité est que la pièce d'attache du trimère effectue à la membrane autour de elle un peu de diluant et moins le rigide, qui le facilite pour que le levage réussisse. « Un monomère exercerait seulement cet effet d'un côté, qui est énergétiquement moins avantageux, » explique Slotboom. En effet, études des nanodiscs de lipide contenant la courbure complexe d'exposition de transport du bilayer.

Les structures fournissent également un signe de la façon dont le système de transport évite la fuite du sodium. Slotboom : « Le levage a un genre de trappe qui, si ouvert, dépasse et empêche le levage de déménager. » Le procédé de transport exige d'abord que deux ions de sodium écrivent le levage. Négativement - l'aspartate chargée peut alors gripper à l'intérieur, qui permet à un troisième ion de sodium d'entrer et gripper à la trappe, la fermant. Il est pour cette raison impossible que le levage transporte seulement le sodium, qui dissiperait le gradient de sodium en travers de la membrane pilotant le transport.

Cerveaux

« Il rend le système très efficace », dit Slotboom. Pour des bactéries, ce rendement peut être seulement un petit avantage évolutionnaire sélecteur. Cependant, pour le tambour de chalut analogue de glutamate en nos cerveaux, il est indispensable. Le glutamate est excrété par des cellules nerveuses dans la fente synaptique, où il excite le neurone adjacent. Après l'excitation, il doit être retiré très rapidement et efficacement réduire le bruit dans la boîte de vitesses de signe. Slotboom : « Pour ce système, il est indispensable qu'il n'y ait aucune fuite. »

Source:
Journal reference:

Arkhipova, V., et al. (2020)  Structural ensemble of a glutamate transporter homologue in lipid nanodisc environment. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-020-14834-8.