Une équipe de chercheurs du Max Planck Institute for Medical Research a fait une découverte frappante – une protéine avec des propriétés contradictoires: une charge fortement négative, mais une propension très élevée pour accepter les électrons, qui sont également négatifs. Cela était inattendu, car les charges négatives se repoussent normalement.
Les scientifiques ont déterminé la structure tridimensionnelle de la protéine et ont constaté qu'il y a des ions calcium chargés positivement enterrés à l'intérieur, très près de l'endroit où les électrons sont stockés. Les résultats montrent comment la nature peut gérer les charges électriques à l'intérieur d'une protéine et régler ses propriétés.
Découverte fascinante
L'énergie traverse les cellules vivantes de diverses manières: l'une des électrons se déplaçant le long d'une série de molécules de protéines, comme dans un câble électrique, passée d'une protéine à l'autre. Lors de l'étude de ces protéines, les chercheurs du Max Planck Institute for Medical Research ont trouvé une version inhabituelle du cytochrome c.
Le cytochrome C est une protéine très courante qui transfère les électrons d'une protéine à une autre. Cependant, la protéine nouvellement découverte diffère du cytochrome C « standard » de deux manières. Premièrement, il a une affinité beaucoup plus élevée pour les électrons que le cytochrome normal c. Deuxièmement, il a une charge électrique fortement négative, tandis que le cytochrome c a généralement une forte charge positive.
Cette combinaison de propriétés est inattendue, car une forte charge négative rendrait normalement plus difficile pour une protéine de stocker des électrons, car ils sont également chargés négativement, et les charges négatives se repoussent.
Les ions calcium jouent un rôle clé
Cette contradiction apparente a intrigué Thomas Barends, chef de groupe de recherche au Max Planck Institute for Medical Research. Lui et son équipe ont décidé d'enquêter, avec des résultats surprenants. Ceux-ci ont maintenant été publiés dans le Journal of Biological Chemistry.
« Il était fascinant de découvrir des ions calcium si près de l'endroit où les électrons sont stockés. Au début, comme nous n'avions pas vu de calcium utilisé de cette manière à l'intérieur d'une protéine auparavant, « explique Barends, un biologiste structurel.
Selon les résultats, un cation calcique – un ion calcium chargé positivement – est situé à une distance inférieure à 0,7 nanomètres des atomes de fer que la protéine utilise pour stocker les électrons. Même à l'échelle des molécules, c'est très proche.
« Cet arrangement pourrait permettre à la protéine d'avoir une affinité élevée pour les électrons malgré sa charge négative, dont nous pensons avoir besoin afin de se lier à une autre protéine à laquelle il peut passer les électrons à un stade ultérieur. De cette façon, il peut de manière optimale remplir sa fonction biologique », conclut l'équipe.
Pour prouver que les ions calcium sont en fait la cause de la haute affinité de la protéine pour les électrons, l'équipe Max Planck a étudié les protéines avec et sans calcium et a comparé les données – aucune tâche facile, car le calcium est un élément très courant et donc la contamination de la contamination de la contamination de la contamination de la contamination de la contamination de la contamination de la contamination de la contamination de la contamination de la contamination de la contamination de la contamination de la contamination de la contamination de la contamination de Les expériences étaient un problème constant.
Dans le même temps, un groupe de chimistes théoriques de l'Université de Bayreuth dirigée par Matthias Ullmann a effectué des simulations informatiques, également avec et sans calcium. Leurs résultats ont confirmé l'interprétation des données de l'équipe Max Planck.
Les nouvelles résultats de la recherche fournissent un bel exemple de la façon dont la nature résout les contradictions – dans ce cas, en ajustant les charges électriques locales à l'intérieur d'une protéine afin que son affinité pour les électrons soit augmentée. Cette découverte est pertinente à la fois pour comprendre comment l'énergie circule à travers les cellules et également pour développer de nouvelles protéines artificielles pour les applications nanotechnologiques.
