[ad_1]
Hemoglobin mengangkut oksigen ke jaringan yang membutuhkannya, sementara sitokrom membawa elektron untuk konversi energi di dalam sel. Tetapi memahami bagaimana heme bergerak melintasi membran – seperti yang diperlukan, untuk dimasukkan ke dalam hemoglobin dan sitokrom – telah menjadi tantangan. Transpor heme bersifat sementara, yang berarti heme bergerak melalui membran dengan cepat dan tidak meninggalkan jejak. Dan protein membran pengikat heme sulit dimurnikan dalam jumlah besar.
Para ilmuwan di Universitas Washington di St. Louis menjelaskan untuk pertama kalinya struktur protein bifungsional, yang disebut CcsBA, yang mengangkut heme dan menempelkannya ke sitokrom. Kredit gambar: Laboratorium Kranz, Universitas Washington
Dalam penelitian yang dipublikasikan di Biologi Kimia Alam, para ilmuwan di Universitas Washington di St. Louis menjelaskan untuk pertama kalinya struktur protein bifungsional, yang disebut CcsBA, yang mengangkut heme dan menempelkannya ke sitokrom. Kajian yang dipimpin oleh Robert Kranzo, profesor biologi di Seni & Sains, menangkap dua keadaan konformasi CcsBA, protein bakteri dan kloroplas, yang memungkinkan para ilmuwan untuk mengkarakterisasi mekanisme enzim.
“Makalah baru ini membahas dasar struktural bagaimana mesin CcsBA berfungsi, mengungkapkan sakelar dinamis utama yang terjadi selama siklus transportasi heme,” kata Kranz.
Studi ini dimungkinkan oleh kolaborasi dengan James Fitzpatrick, direktur Pusat Pencitraan Seluler Universitas Washington (WUCCI) di School of Medicine dan seorang profesor ilmu saraf, biologi sel dan fisiologi, dan teknik biomedis, dan Michael Rau, seorang ilmuwan staf dan ahli biologi struktural di timnya. Mereka memanfaatkan teknik biologi struktural mutakhir yang disebut rata-rata partikel tunggal, yang menggunakan Mikroskop cryo-Electron (cryo-EM) canggih untuk menggambarkan berbagai pandangan protein dalam keadaan vitrifikasi (beku) aslinya. Setelah menyortir semua tampilan yang berbeda, mereka mampu membuat peta kepadatan cryo-EM — yang merupakan representasi tiga dimensi dari protein yang dibangun dari serangkaian proyeksi dua dimensi dari berbagai pandangan — dari mana tim Kranz dapat membangun model atom. struktur CcsBA.
“Cryo-EM adalah teknologi transformatif yang memungkinkan kita untuk memvisualisasikan pada tingkat hampir atomik susunan struktural dari protein yang diberikan, termasuk kemampuan untuk menemukan konformasi yang berbeda dari ansambel keadaan,” kata Fitzpatrick. “Kemampuan terakhir inilah yang merupakan kunci dalam memungkinkan kami untuk menangkap mekanisme transportasi heme.”
Data cyro-EM mengidentifikasi dua keadaan di mana satu atau dua molekul heme terikat.
“Model struktural yang dapat kami bangun menggambarkan bahwa CcsBA terperangkap dengan heme dalam dua konformasi berbeda, yang kami sebut keadaan tertutup dan terbuka,” kata Kranz. “Tugas kerja baru ini membahas dasar struktural yang digunakan mesin CcsBA, mengungkapkan sakelar dinamis utama yang terjadi selama siklus transportasi.
“Salah satu temuan paling keren adalah bahwa ruang besar terbuka pada transportasi heme,” katanya. Ruang ini untuk sintesis sitokrom c.
Penulis pendamping pertama Deanna L. Mendez, seorang ilmuwan staf pascadoktoral dalam biologi, sebelumnya ikut menulis sebuah penelitian dengan Kranz di eLIFE tentang rekonstitusi sintase bakteri dan manusia yang dimurnikan dari heme. CcsBA berbeda dari bentuk manusia dari heme-transporter/cytochrome C sintase. Wawasan yang diperoleh melalui mengidentifikasi strukturnya memberi para peneliti kesempatan untuk mengembangkan agen antimikroba yang secara selektif akan menargetkan bakteri.
“Dalam CcsBA, kami mengamati jalur yang jelas antara heliks alfa transmembran yang memungkinkan heme berpindah dari situs heme transmembran ke situs heme eksternal,” kata Mendez. “Karena heme turun gradien konsentrasinya selama ekspor, kami tidak membayangkan kebutuhan sumber energi untuk proses ini.”
Rekan penulis pertama Ethan Lowder adalah senior di Universitas Washington dan mengerjakan proyek ini selama dua tahun.
“Memecahkan struktur baru protein sangat sulit,” kata Lowder. “Dalam hal ini, tidak ada struktur serupa yang dapat kami andalkan sebagai template atau titik awal. Itu benar-benar sebuah tantangan, tetapi kami bekerja keras untuk mencapai struktur akhir.”
Penulis kedua, Dustin Tillman, yang merupakan sarjana di Universitas Washington ketika dia menyelesaikan pekerjaan ini, berperan penting dalam memurnikan CcsBA. Dia bermitra dengan tim WUCCI untuk mengoptimalkan persiapan sampel untuk studi cryo-EM partikel tunggal. “Dustin juga melakukan uji rekonstitusi pada persiapan murninya untuk menunjukkan bahwa itu adalah sintase aktif,” kata Kranz.
“Saya berterima kasih atas kontribusi dan keterlibatan peneliti sarjana berbakat kami dalam penelitian yang didukung NIH ini,” kata Kranz. “Studi ini merupakan puncak dari lebih dari tiga dekade lab kami telah mempelajari transportasi heme dan perakitan sitokrom, sehingga memuaskan untuk mengetahui dasar struktural untuk keduanya. Ini akan mengarah pada lebih banyak eksperimen tentang mekanisme pembukaan ruang, transportasi, dan reaksi sintase di dalam ruang.”
[ad_2]
