La enzima transhidrogenasa juega un papel central en la regulación de los procesos metabólicos en animales y seres humanos por igual. El mal funcionamiento puede conducir a trastornos graves. Por primera vez, los biólogos estructurales han visualizado y analizado la estructura atómica de la enzima con el apoyo de la recién instaladamicroscopio crioelectrónico de alta gama.
Dentro de cada célula, las centrales eléctricas llamadas mitocondrias descomponen continuamente las moléculas derivadas de los alimentos para generar energía y producir nuevas moléculas que sirven como bloques de construcción de las células. El equilibrio de estos dos procesos opuestos se logra mediante una enzima llamada translocación de protonestranshidrogenasa o NNT nicotinamida nucleótido transhidrogenasa. El NNT se encuentra en la membrana de las mitocondrias y utiliza el gradiente de protones electroquímico generado por la respiración celular para proporcionar a las mitocondrias la cantidad justa de la coenzima NADPH, un precursor metabólico vital.
El funcionamiento adecuado de NNT es crucial para la regulación metabólica en todos los animales, incluidos los humanos. Sin embargo, los detalles de cómo NNT logra la transferencia coordinada de protones a través de la membrana y la síntesis de NADPH han permanecido oscuros debido a la falta de conocimiento sobre la enzima.Estructura atómica. Domen Kampjut, estudiante de doctorado en IST Austria, y su supervisor y líder de grupo, el profesor Leonid Sazanov, han visualizado por primera vez la molécula de NNT de mamíferos a una escala que les permitió identificar los principios estructurales de la activación del canal de la enzima.- y así obtener una comprensión más profunda de su funcionamiento y mal funcionamiento.
"Revolución de resolución" en IST Austria
El análisis atómico de la enzima NNT solo fue posible aprovechando los avances tecnológicos de vanguardia en microscopía crioelectrónica crio-EM, la llamada "revolución de la resolución". Partes del estudio actualLos datos se generaron utilizando un nuevo microscopio crioelectrónico instalado en IST Austria solo en el otoño de 2018 y son los primeros en publicarse utilizando una de las tres nuevas máquinas, la "300 kV FEI Titan Krios", en Klosterneuburg.
El análisis crio-EM de NNT, que implicó un procesamiento de imágenes que requirió mucho tiempo y esfuerzo y el apoyo de los expertos de la instalación de microscopía electrónica bien establecida y organizada centralmente en IST Austria, entregó imágenes de resolución casi atómicade los tres dominios diferentes de la molécula en varios estados conformacionales.
Abriendo la puerta a los protones y nuevas formas de tratamiento médico
Con estas imágenes, los biólogos estructurales podrían mostrar cómo el dominio que une NADPH puede abrir el canal de protones a ambos lados de la membrana mitocondrial. Primer autor Domen Kampjut: "El NNT se ha estudiado durante algunas décadas, pero los métodos clásicos de imagen comoya que la cristalografía de rayos X no ha logrado dar una visión detallada de su estructura porque es muy dinámica. Además, las proteínas de membrana como el NNT son particularmente difíciles de estudiar ya que son frágiles y difíciles de purificar en grandes cantidades necesarias para la cristalografía.con cryo-EM pudimos finalmente ver claramente cómo funciona la transferencia de protones, y con esto, encontrar una pieza faltante del rompecabezas en el camino para comprender qué hacer si no funciona ".
El profesor Leonid Sazanov agrega: "Estas estructuras son particularmente emocionantes porque la transhidrogenasa realiza un cambio sorprendente al rotar un dominio de unión a NADPH completo, bastante grande, 180 grados 'hacia arriba' o 'hacia abajo'. Esto es, hasta donde nosotrossaben, único entre los mecanismos enzimáticos estudiados. Sin embargo, tal rotación ahora tiene mucho sentido en vista de nuestro mecanismo propuesto y muestra cómo la naturaleza puede resolver 'creativamente' tareas desafiantes ".
Los resultados son un paso importante hacia el desarrollo de nuevas terapias. Por ejemplo, el desarrollo de inhibidores del NNT no disponibles actualmente tiene un gran potencial terapéutico con respecto a las disfunciones metabólicas, incluido el síndrome metabólico y algunos cánceres.
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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