Language
Country/Area
No result found
Từ thuốc kháng vi-rút đến phân chia tế bào: Vai trò đáng ngạc nhiên của chuỗi xoắn liên hợp trong sinh học là gì?
Xoắn ốc liên hợp là đặc điểm cấu trúc trong protein, bao gồm 2-7 xoắn alpha cuộn lại với nhau như một sợi dây thừng. Cấu trúc này được tìm thấy trong khoảng 5-10% protein và có nhiều chức năng khác nhau. Là một trong những chi tiết mở rộng nhất về tương tác protein-protein, chuỗi xoắn liên hợp đóng vai trò không thể thiếu trong nghiên cứu sinh học.
Quá trình khám phá
Khái niệm về xoắn liên hợp từng gây tranh cãi trong nghiên cứu về α-keratin. Linus Pauling và Francis Crick đã đi đến kết luận này một cách độc lập và gần như cùng một lúc. Vào mùa hè năm 1952, Paulin đã đến thăm phòng thí nghiệm của Crick ở Anh và hai người đã trao đổi quan điểm về nhiều chủ đề khác nhau. Khi Crick hỏi Pauling liệu ông có từng cân nhắc đến các chuỗi xoắn liên hợp không, Pauling trả lời là đã từng. Paulin sau đó tiếp tục nghiên cứu trong lĩnh vực này sau khi trở về Hoa Kỳ và nộp một bản thảo dài cho tạp chí Nature vào tháng 10.
"Các nghiên cứu về chuỗi xoắn liên hợp cho thấy mối liên hệ sâu sắc giữa cấu trúc protein và chức năng của nó."
Crick tin rằng Paulin đã đạo văn ý tưởng của mình và đã gửi một bài viết ngắn hơn cho tạp chí Nature vài ngày sau đó. Cuối cùng, sau nhiều lần trao đổi thư từ và tranh cãi, phòng thí nghiệm của Crick tuyên bố rằng cả hai bên đã đi đến kết luận một cách độc lập và không có hành vi đánh cắp trí tuệ nào xảy ra.
Cấu trúc phân tử
Các chuỗi xoắn liên hợp thường chứa một kiểu lặp lại - hxxhcxc, là sự lặp lại của các gốc axit amin kỵ nước (h) và tích điện (c), được gọi là lặp lại heptad. Trong trình tự lặp lại heptad, vị trí a và d thường được chiếm giữ bởi các axit amin kỵ nước như isoleucine, leucine hoặc valine. Những chuỗi lặp lại này được gấp lại thành cấu trúc xoắn alpha, trong đó các phần tử kỵ nước từ các xoắn alpha đan xen xuất hiện dưới dạng "sọc" và tạo thành cấu trúc lưỡng tính.
"Sự đóng gói chặt chẽ của các xoắn liên hợp tạo ra động lực nhiệt động lực học mạnh mẽ."
Các xoắn alpha có thể được sắp xếp theo hướng song song hoặc ngược song song và thường có dạng siêu xoắn trái. Mặc dù không phổ biến, nhưng các chuỗi xoắn phải có thể được quan sát thấy với số lượng nhỏ trong cả protein tự nhiên và protein thiết kế.
Vai trò sinh học
Vì các cấu trúc xoắn liên hợp được tìm thấy trong nhiều protein nên chúng giúp thực hiện nhiều chức năng khác nhau trong tế bào, với mục đích chính là tạo điều kiện cho các tương tác giữa các protein và giữ cho chúng hoặc các vùng của chúng được kết nối. Đặc điểm của các chức năng này bao gồm sự hợp nhất màng, khoảng cách phân tử, gắn nhãn oligome, khả năng vận động của túi và cấu trúc tế bào, cùng nhiều chức năng khác.
Sự hợp nhất màng
Miền xoắn liên hợp đóng vai trò quan trọng trong quá trình lây nhiễm HIV. Khi ba tiểu đơn vị gp120 liên kết với thụ thể CD4 và thụ thể lõi, vi-rút sẽ xâm nhập vào tế bào CD4 dương tính. gp120 và gp41 liên kết với nhau thông qua lực van der Waals. Cuối cùng, trình tự peptide hợp nhất ở đầu N của gp41 được cố định vào tế bào chủ và thông qua cơ chế lò xo và đồng hồ, đưa virus và màng tế bào đến đủ gần để thúc đẩy quá trình hợp nhất.
Là chất giãn cách phân tử
Cấu trúc xoắn liên hợp cũng có thể đóng vai trò như một bộ giãn cách phân tử bên trong tế bào và chiều dài của nó được bảo toàn cao. Chức năng của các chất giãn cách này là ngăn chặn các tương tác không mong muốn giữa các vùng protein hoặc làm trung gian vận chuyển túi bên trong tế bào. Ví dụ, Omp-α ở T. maritima là một ví dụ.
Là dấu hiệu oligomer
Do tính tương tác riêng biệt của chúng, các chuỗi xoắn liên hợp có thể được sử dụng làm "thẻ" để ổn định hoặc tăng cường trạng thái oligome cụ thể. Nghiên cứu cho thấy các tương tác xoắn liên hợp thúc đẩy quá trình trùng hợp các tiểu đơn vị BBS2 và BBS7 của BBSome.
Ứng dụng y sinh
Là một khối xây dựng có thiết kế đơn giản và chức năng đa dạng, các xoắn ốc liên hợp đã được sử dụng trong quá trình phát triển nhiều cấu trúc nano trong những năm gần đây. Chúng có giá trị tiềm năng trong các lĩnh vực như vận chuyển thuốc, tái tạo mô và gấp protein.
"Các xoắn ốc liên hợp có thể cung cấp tính ổn định và tính đặc hiệu cho hệ thống phân phối thuốc, tăng cường hiệu quả điều trị."
Ngoài ra, bằng cách sử dụng khả năng oligome của các xoắn liên hợp, có thể tăng khả năng hiển thị kháng nguyên trong vắc-xin, do đó cải thiện hiệu quả của chúng. Tuy nhiên, vẫn cần tiếp tục thăm dò và nghiên cứu để vượt qua những thách thức về tính ổn định.
Từ các chiến lược phản ứng chống vi-rút đến việc phối hợp các quá trình phân chia tế bào, tầm quan trọng của các chuỗi xoắn liên hợp trong khoa học sự sống không thể bị bỏ qua. Trong tương lai, các ứng dụng tiềm năng của cấu trúc này có thể giúp chúng ta khám phá thêm nhiều điều bí ẩn của cuộc sống. Bạn đã sẵn sàng khám phá khả năng vô tận này chưa?
