Identifikovaný „spínač svetla“ vnútorných hodín

Proteín reaguje so zmenou konformácie na svetlo

Štruktúra fotosenzitívneho živého proteínu © Cornell University
čítať nahlas

Najneskôr si uvedomíme, že my, ľudia, máme vnútorné hodiny, keď ich prúdové oneskorenie zamení. Vedci teraz zistili, ako tieto hodinky zistia, či sú okolo nás jasné alebo tmavé. Biologický mechanizmus je opísaný vedcami v aktuálnom čísle časopisu „Science“.

Cirkadiánne hodiny v bunkách vyšších organizmov reagujú na rozdiely medzi dňom a nocou, čo umožňuje telu optimálne prispôsobiť svoje procesy dennému rytmu. U ľudí tieto hodinky ovplyvňujú nielen to, že sme večer večer unavení alebo ráno prebudíme, ale tiež reguluje väčšinu našich metabolických funkcií. Ak je tento rytmus narušený napríklad leteckou dopravou do iných časových pásiem, výsledkom nie je len oneskorenie prúdom, patologické zmeny denného rytmu môžu tiež spôsobiť duševné poruchy alebo dokonca rakovinu.

Absorpcia svetla iniciuje reťazovú reakciu

„Tieto hodinky sa nachádzajú vo všetkých organizmoch, dokonca aj v tých, ktoré sa vyvíjajú milióny rokov, “ vysvetľuje Brian Crane, biochemik na Cornell University a hlavný autor štúdie. Na základe predpokladu, že základné mechanizmy môžu byť napriek tomu veľmi podobné vo všetkých organizmoch, on a jeho kolegovia uskutočnili experimenty s hubou Neurospora crassa. Preskúmali, ako tento organizmus používa svetelné senzory na riadenie výroby farebných pigmentov. Karotenoidy produkované bezprostredne po východe slnka slúžia na ochranu huby pred UV slnečným žiarením.

Vedci zamerali svoju štúdiu na špeciálny proteín zvaný živý, ktorý obsahuje molekulu absorbujúcu svetlo, nazývanú chromofor. Keď tieto chromofory zachytia ľahkú časticu, energia fotónu spustí celú sériu interakcií, ktoré nakoniec vedú k zmene atómového usporiadania na povrchu molekuly. Tieto štrukturálne zmeny zase spúšťajú kaskádu udalostí, ktoré tiež ovplyvňujú génovú expresiu. Rovnako ako vypínač zabezpečujú zapnutie alebo vypnutie génov zodpovedných za produkciu karotenoidov.

V jednom zo svojich experimentov si vedci vymenili jeden atóm kyslíka na povrchu živého proteínu za atóm síry. Výsledkom bolo, že boli schopné potlačiť celý reťazec udalostí vyvolaných svetlom a tým zabrániť štrukturálnym zmenám na povrchu proteínu. Výsledkom bolo vynechanie výroby pigmentu. zobraziť

Proteín ako prepínač

„Môžeme teraz ukázať, že táto konformačná zmena proteínu priamo súvisí s jeho funkciou v organizme, “ vysvetľuje Brian Zoltowski, prispievateľ do štúdie. Cirkadiánne hodiny umožňujú hubám regulovať a produkovať karotenoidy, iba ak sa používajú ako ochrana pred slnečnými lúčmi. Podobný „prepínač“ by mohol byť podľa vedcov zodpovedný aj za reguláciu spánkového cyklu u ľudí.

„Chceli sme sa pokúsiť porozumieť správaniu na molekulárnej úrovni, “ hovorí Crane. „Toto je skvelý príklad chemickej biológie: určitým spôsobom meníme chémiu jednej molekuly, a tak meníme správanie komplexného organizmu.“

(Cornell University, 24.05.2007 - NPO)