Opklaring af de indledende molekylære hændelser af respiration

Opklaring af de indledende molekylære hændelser af respiration
Opklaring af de indledende molekylære hændelser af respiration
Anonim

Åndedræt er en grundlæggende proces for alle levende ting, som giver dem mulighed for at producere energi, forblive sunde og overleve. I celler involverer respiration det, der er kendt som "respiratoriske proteiner", f.eks. hæmoglobin i blodet og myoglobin i muskler.

Åndedrætsproteiner virker ved at binde og frigive små molekyler som oxygen, carbonmonoxid osv., kaldet ligander. De gør dette gennem deres "aktive center", som i mange respiratoriske proteiner er en kemisk struktur kaldet hæmporphyrin.

Binding og frigivelse af små molekyler forårsager ændringer i hæmens molekylære og elektroniske struktur. En sådan ændring er overgangen fra en plan lav spin ligeret porphyrin form til en hvælvet høj spin ikke ligeret form og vice versa. Dette skift er et nøgletrin for respiration, og i sidste ende skifter hæmoglobin mellem en "afslappet" og "spændt" konformation.

Elektroner drejer rundt om atomer, men spinder også rundt om sig selv og kan krydse over fra en spin-tilstand til en anden. Debatten om overgangen fra lav-spin plan til en høj-spin kuppel hæm er blevet domineret af to retninger: Processen er enten ved termisk afslapning eller af en kaskade blandt elektronspin-tilstande.

Nu har et team af videnskabsmænd ledet af Majed Chergui ved EPFL's School of Basic Sciences løst debatten. Forskerne løsnede det lille molekyle fra hæmen ved hjælp af korte, energigivende laserimpulser. De brugte derefter en anden kort, hård røntgenimpuls fra en røntgenfri-elektronlaser til at inducere røntgenstråling (XES), et meget følsomt fingeraftryk af molekylernes spintilstand, som overvågede hæmens ændringer som funktion af tid. De kunne således fastslå, at passagen fra plan til kuplet og tilbage er forårsaget af en kaskade mellem spin-tilstande.

Undersøgelsen blev udført på nitrosyl-myoglobin, som er myoglobin, der har bundet et nitrogenoxid-molekyle. Nitrosyl-myoglobin spiller en afgørende rolle i neurotransmission, regulering af vasodilatation, blodpladeaggregation og immunresponser.

"Konklusionerne af vores arbejde gælder for alle hæmproteiner," siger Chergui. "Især hæmoglobin i dets optagelse og frigivelse af ilt, når vi trækker vejret. Selvom dette finder sted ved kroppens termiske temperaturer, er vejrtrækningen styret af elektroniske ændringer i hæmen."

Populært emne.