Language
Country/Area
No result found
Cấu trúc ẩn trong tế bào: Các xoắn ốc liên hợp điều khiển các chức năng sinh học như thế nào?
Trong hoạt động sống, sự tương tác giữa các phân tử là nền tảng cho chức năng của sinh vật. Trong số đó, cuộn dây liên hợp là mô típ cấu trúc nổi bật tồn tại trong khoảng 5-10% protein. Cấu trúc này bao gồm 2 đến 7 chuỗi xoắn alpha quấn lại với nhau giống như một sợi dây thừng. Những vòng xoắn này không chỉ mang lại sự ổn định mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh biểu hiện gen và các chức năng sinh học khác.
Mô-típ xoắn liên hợp cho phép nhiều protein tương tác với nhau và tạo thành các cấu trúc tế bào phức tạp.
Khám phá ra chuỗi xoắn liên hợp
Khái niệm về chuỗi xoắn liên hợp lần đầu tiên được đề xuất một cách độc lập bởi Linus Pauling và Francis Crick. Vào mùa hè năm 1952, Pauling đã đến thăm phòng thí nghiệm của Crick. Hai nhà khoa học đã thảo luận về nhiều chủ đề, và Crick đột nhiên hỏi Pauling liệu ông đã từng cân nhắc đến thuật ngữ "xoắn ốc liên hợp" hay chưa. Paulin cho biết ông đã nghĩ về điều đó, và cuộc trò chuyện này đã thôi thúc Paulin tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về chủ đề này sau khi trở về Hoa Kỳ và gửi một bài báo dài cho tạp chí Nature.
Bài báo của Crick, mặc dù ngắn hơn, nhưng lại ra đời trước bài báo của Pauling, gây ra tranh cãi trong cộng đồng khoa học.
Sau nhiều lần trao đổi và tranh luận, cuối cùng phòng thí nghiệm của Crick đã xác nhận rằng ý tưởng này được hai nhà khoa học đưa ra một cách độc lập và không có hành vi đánh cắp sở hữu trí tuệ nào xảy ra. Đóng góp của Crick là đề xuất khái niệm "xoắn ốc liên hợp" và cung cấp phương pháp toán học để xác định cấu trúc của nó.
Cấu trúc phân tử
Chuỗi xoắn liên hợp thường bao gồm một mô hình lặp lại (hxxhcxc) của các gốc axit amin kỵ nước (h) và tích điện (c), được gọi là chuỗi lặp lại heptad. Trong phần lặp lại này, các vị trí được dán nhãn abcdefg, trong đó a và d là các vị trí kỵ nước hydro, thường do isoleucine, leucine hoặc valine chiếm giữ. Khi một chuỗi có kiểu lặp lại này và gấp lại thành cấu trúc thứ cấp xoắn alpha, các gốc kỵ nước hydro xuất hiện dưới dạng một "dải" quấn quanh xoắn, tạo thành cấu trúc lưỡng tính.
Sự tương tác giữa các chuỗi xoắn liên hợp tạo ra động lực nhiệt động lực học cho quá trình hình thành polyme.
Tác động sinh học
Các chuỗi xoắn liên hợp chủ yếu được sử dụng để thúc đẩy tương tác giữa các protein, giúp các protein hoặc miền khóa chặt vào nhau. Tính chất này rất quan trọng đối với nhiều chức năng sinh học, bao gồm sự hợp nhất màng, khoảng cách phân tử và các chức năng liên quan đến khả năng vận động của túi.
Sự hợp nhất màng
Miền xoắn liên hợp đóng vai trò quan trọng trong quá trình lây nhiễm HIV. Khi vi-rút xâm nhập vào tế bào CD4 dương tính, glycoprotein gp120 sẽ liên kết với thụ thể CD4 và thụ thể lõi. Tại thời điểm này, gp120 và gp41 tạo thành phức hợp ba thành phần và cuối cùng hướng dẫn sự hợp nhất của vi-rút và màng tế bào thông qua cơ chế liên hợp. Trình tự peptide hợp nhất đầu N của gp41 được cố định trong tế bào chủ để đạt được sự hợp nhất. Gần đây, các chất ức chế dựa trên vùng HR2, Fuzeon, đã được phát triển để chống lại quá trình này, nhằm mục đích làm giảm khả năng lây nhiễm của HIV.
Là chất giãn cách phân tử
Mô típ xoắn ốc liên hợp cũng có thể đóng vai trò là bộ phân cách giữa các vật thể bên trong tế bào. Chiều dài của các phân tử giãn cách này, các miền xoắn liên hợp, được bảo toàn và quan trọng là chúng ngăn chặn các tương tác giữa các miền protein. Ví dụ, protein Omp-α là một ví dụ điển hình, duy trì khoảng cách giữa các thành phần thông qua các chuỗi xoắn liên hợp.
Thiết kế và Ứng dụngCác chuỗi xoắn liên hợp cung cấp giải pháp thiết kế cho vấn đề gấp protein. Thông qua nghiên cứu về chuỗi xoắn liên hợp của GCN4, các nhà khoa học đã thiết lập một ngữ pháp có thể dự đoán hiệu quả trạng thái oligome dựa trên trình tự axit amin. Điều này giúp có thể sử dụng các chuỗi xoắn liên hợp trong quá trình tổng hợp các cấu trúc nano, do đó thúc đẩy sự phát triển của các hệ thống phân phối thuốc mới.
Bằng cách sử dụng chức năng của các chuỗi xoắn liên hợp, các nhà khoa học đang phát triển các cơ chế phân phối thuốc chính xác hơn để cải thiện hiệu quả điều trị.
Với nghiên cứu sâu về cấu trúc xoắn liên hợp, tiềm năng ứng dụng của nó trong các lĩnh vực như y học, kỹ thuật sinh học và công nghệ nano chắc chắn sẽ tiếp tục mở rộng trong tương lai. Làm thế nào chúng ta có thể sử dụng cấu trúc bí ẩn này để định hình lại sự hiểu biết của chúng ta về cách thức sự sống hoạt động?
