Prvič so izvedli neposredne meritve o tem, v kolikšnem času povprečna beljakovina zavzame svojo prostorsko strukturo. Rezultati so bili presenetljivi: med zaporedjem ali velikostjo beljakovine in časom, potrebnim za njeno zvijanje v prostorsko obliko, niso našli nobene povezave. Kaže, da se beljakovine zvijajo učinkoviteje kot druge biološke molekule, na primer DNK – kljub temu da so veliko bolj zapletene. Rezultate nove raziskave so v reviji Physical Review Letters objavili.
Funkcije beljakovin so tesno povezane z njihovo prostorsko strukturo. Imajo posebne žepke ali izbokline, ki jim omogočajo, da se vežejo na celične receptorje in pošiljajo sporočila. A ne glede na to, kako zapletena je končna struktura, vsaka beljakovina svoj obstoj začne kot veriga aminokislin, kot dolg špageti, ki ga je mogoče zviti na nešteto načinov, pravi Hoi Sung Chung, soavtor študije, ki poroča o rezultatih, raziskovalec pri NIDDK v Marylandu. Napačno ali nepopolno zvite beljakovine lahko vodijo v disfunkcijo, bolezen ali toksičnost, zato strokovnjaki že dolgo poskušajo razumeti podrobnosti tega procesa.
Če v epruveti plavajo enake molekule beljakovin, vse svojo končno prostorsko strukturo dosežejo ob različnih časih in vsaka med tem naredi številne neuspešne poskuse. Raziskovalci so že iz prejšnjih raziskav vedeli, koliko časa običajno traja celoten postopek zvijanja, vključno z neuspešnimi poskusi. A doslej je bilo v bistvu nemogoče izmeriti zgolj trajanje samega zvijanja, ki ga imenujemo tudi prehodno obdobje.
To je zelo kratko časovno obdobje, poleg tega ga je treba določiti za posamezne molekule. Doslej so strokovnjaki v postopek zvijanja pridobili vpogled tako, da so ga umetno upočasnili ali opazovali nenavadne beljakovine, ki so se zvijale počasi. Chungova skupina pa je prehodno obdobje neposredno zabeležila z metodo, imenovano enomolekulska fluorescenčna spektroskopija.
Strokovnjaki so na en konec verige aminokislin pripeli molekulo rdečega barvila, na drugega pa zelenega. Zeleno barvilo samo oddaja svetlobo, rdeče pa se aktivira šele, ko od zelenega barvila prejme energijo. Preden se začne zvijanje verige aminokislin, je tako vidna samo fluorescenca zelenega barvila. Ko se veriga začne zvijati, se molekuli barvil približata, zato se energija prenese z zelene molekule na rdečo, ki nato začne svetiti. A ta svetloba je bila prešibka, da bi jo strokovnjaki lahko zaznali, zato so uporabili napravo z nanometrskimi vdolbinami, ki je signal ojačala. To jim je omogočilo, da so opazovali kratek postopek zvijanja osmih različnih beljakovin.
“To je eden najpomembnejših napredkov na tem področju v zadnjih letih,” pravi Dmitrii Makarov, fizik z Univerze v Teksasu. Za opazovanje zvijanja je bilo treba zaznati zelo majhno število fotonov, zato je pravi tehnični podvig, da je to uspelo. Resnično impresivno pa je, da so to storili ne le za eno beljakovino, ampak za osem, kar je omogočilo zastavljanje zanimivih vprašanj, nadaljuje strokovnjak.
Najkrajše trajanje prehoda je bilo manj kot mikrosekunda, najpočasnejše zvijanje pa je trajalo približno štiri mikrosekunde. Hitrosti pa niso bile povezane z velikostjo, dolžino, zaporedjem beljakovine ali zvito strukturo, temveč s številom interakcij med aminokislinami zvite beljakovine. Več ko je bilo teh interakcij, učinkoviteje se je beljakovina zvila. Makarov pravi, da so to napovedovali tudi teoretični modeli, in zelo vznemirljivo je videti, da se je teorija potrdila.
Chung pravi, da raziskava nakazuje, da beljakovine tudi sam postopek zvijanja opravijo hitreje kot druge biološke molekule, na primer DNK. Ta je sestavljena le iz štirih osnovnih enot, imenovanih baze, od katerih se vsaka v končni strukturi lahko veže samo na eno drugo bazo. Beljakovine pa so sestavljene iz 22 različnih aminokislin in med njimi je mogočih veliko več vrst interakcij.
