a microscopia do Cryo-elétron revela como a proteína de transporte trabalha muito eficientemente

A estrutura de um complexo do transporte usado pelas bactérias para importar o aspartato foi traçada no detalhe original pela universidade de cientistas de Groningen. As proteínas eram imaged usando a microscopia do cryo-elétron. Os resultados revelam que o transportador trabalha muito eficientemente. Isto é especialmente por mais interessante que um transportador similar seja vital para a transdução do sinal entre neurónios humanos. Os resultados do estudo foram publicados em comunicações da natureza o 21 de fevereiro.

As pilhas usam uma miríade de proteínas de transporte para shuttle substâncias através de suas membranas: o alimento e os blocos de apartamentos são importados, toxinas e o outro desperdício é exportado. Um exemplo é o transportador do aspartato, que as bactérias se usam para importar este ácido aminado. O grupo de investigação da enzimologia da membrana conduzido pelo professor Punhal Slotboom e grupo estrutural da biologia conduzido pelo Dr. Albert Guskov no instituto de Groningen para ciências & a biotecnologia biomoleculares estudou este transportador por diversos anos, em parte porque é um bom modelo para o transportador humano que remove o glutamato do neurotransmissor da fenda synaptic, uma etapa vital no trabalho de nossos neurónios.

Elevador de bens

O transportador do aspartato nas membranas bacterianas é um trimer, assim que significa que três unidades idênticas estão mantidas unidas firmemente para formar um complexo. O aspartato é pegarado do ambiente, transportado através da membrana de pilha e liberado no interior da pilha. Três íons do sódio pela unidade põem esta transição, que pode ser comparada a um elevador de bens: os íons do aspartato e do sódio ligam à parte da proteína de transporte, que incorpora então a pilha. Após ter entregado o aspartato, retira outra vez.

“Nós traçamos previamente a estrutura do complexo com aspartato usando o cristalografia do raio X,” explicamos Slotboom. Estes estudos mostraram que os três elevadores no complexo estavam sempre na mesma posição. “Contudo, a evidência bioquímica sugeriu que pudessem trabalhar independentemente de uma outra.” É por isso decidiu estudar o complexo do transporte em um ambiente mais nativo, dentro de uma membrana. Isto foi feito usando a microscopia do cryo-elétron, um método para criar imagens de complexos da proteína.

Perguntas

As proteínas foram introduzidas nas correcções de programa pequenas de bilayers do lipido, mantidas junto por uma correia da proteína. Estes nanodiscs do lipido rapidamente foram congelados e estudados em um microscópio do cryo-elétron. Combinando um grande número imagens, o complexo do transporte era imaged em uma definição de 3.2-3.5 ångströms.

O que nós vimos era muito diferente das estruturas obtidas com cristalografia do raio X: na maioria de complexos, os elevadores estavam nas posições diferentes, consistentes com os movimentos independentes.”

Valentina Arkhipova, pesquisador pos-doctoral no grupo de Slotboom e primeiro autor do papel

Isto levanta a pergunta de porque a proteína formaria um complexo trimeric. Arkhipova: “A peça do elevador de cada unidade exige o apoio mover-se através da membrana. Um único elevador ancorado dentro da membrana pôde começar balançar. Mas três elevadores com âncoras conectadas formam uma estrutura estável.”

Escapamento

Uma outra possibilidade é que a peça da âncora do trimer fazem à membrana em torno dela pouco diluidor e o menos rígido, que facilita para que o elevador passe completamente. “Um monómero teria somente este efeito em um lado, que é energètica menos vantajoso,” explica Slotboom. Certamente, estudos dos nanodiscs do lipido que contêm a dobra complexa da mostra do transporte do bilayer.

As estruturas igualmente fornecem uma indicação de como o sistema de transporte impede o escapamento do sódio. Slotboom: “O elevador tem um tipo da porta que, quando aberto, se projecta e se impede que o elevador se mova.” O processo de transporte exige primeiramente que dois íons do sódio incorporam o elevador. Negativamente - o aspartato cobrado pode então ligar para dentro, que permite um terceiro íon do sódio de entrar e ligar à porta, fechando a. É conseqüentemente impossível para o elevador transportar somente o sódio, que dissiparia o inclinação do sódio através da membrana que conduz o transporte.

Cérebros

“Faz o sistema muito eficiente”, diz Slotboom. Para as bactérias, esta eficiência pode ser somente uma vantagem evolucionária selectiva pequena. Contudo, para o transportador análogo do glutamato em nossos cérebros, é vital. O glutamato é excretado por pilhas de nervo na fenda synaptic, onde excita o neurônio adjacente. Após a excitação, tem que ser removido muito rapidamente e eficientemente reduzir o ruído na transmissão do sinal. Slotboom: “Para este sistema, é vital que não haja nenhum escapamento.”

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.