Крошечные капельки дают представление о реальной жизни внутри живой клетки

Безмембранные капли образуются, когда полимер, называемый полиэтиленгликолем, и белок, называемый бычьим сывороточным альбумином, объединяются в буфере. Когда исследователи добавили в раствор фермент лактатдегидрогеназу (красный), он был поглощен каплями и инициировал внутри них реакцию. Предоставлено: Окинавский институт науки и технологий.

Внутренняя часть клетки – это оживленное, людное место, полное белков и других молекул, которые сталкиваются, когда они циркулируют в цитозоле, жидкости, заполняющей клетку. Взаимодействие между этими молекулами управляет деятельностью клетки. Но когда ученые изучают эти взаимодействия, они используют очень упрощенную систему, которая не учитывает сложность.


Теперь исследователи из Окинавского института науки и технологий (OIST) создали безмембранные капли, в которых плотность и движение молекул аналогичны плотности и движению молекул в живых клетках. Метод, описанный в Nature Communications«позволяет исследователям изучать клеточные реакции таким образом, чтобы более точно отражать поведение молекул в живой клетке», – сказала профессор Паола Лаурино из отдела белковой инженерии и эволюции OIST, руководившая работой.

Один из ключевых классов молекул в клетке – это белок, называемый ферментом. Работа ферментов – вызывать химические реакции и регулировать скорость их протекания. Для изучения ферментов исследователи обычно добавляют их в большой объем буфера на водной основе, свободный от других молекул. Затем они добавляют субстрат – белок, на который действует фермент – и наблюдают за ходом процесса. В такой установке буфер очень разбавлен. «Это хорошая система, потому что фермент очищен, и мы на 100% знаем, что находится внутри», – сказал профессор Лаурино. «Но мы хотели создать систему, которая напоминает высокую макромолекулярную скученность цитозоля, и посмотреть, как это влияет на активность ферментов».

Когда исследователи добавили в раствор фермент уреазу, реакция создала градиент pH, который заставил все молекулы внутри капельки течь, как показано зеленой флуоресценцией. Предоставлено: Окинавский институт науки и технологий.

Для создания капель профессор Лаурино и ее сотрудники, включая ученых из ETH Zürich, Швейцария, и Института динамики и самоорганизации Макса Планка, Германия, смешали полимер, называемый полиэтиленгликолем (PEG), с белком в водном буфере. ПЭГ создает скопление в жидкости, которое выталкивает крошечные богатые белком капельки, которые отделяются в буфере. Затем ученые добавили в смесь фермент, который растворяется в каплях. Поскольку их содержимое настолько концентрировано, капли действуют как реакционные камеры, в которых ферменты могут выполнять свою работу. Исследователи отслеживали, как быстро протекала реакция в каплях, а также физические свойства молекул внутри них.

Когда они добавили в раствор фермент лактатдегидрогеназу, они обнаружили, что реакция происходит очень эффективно, то есть с очень высокой скоростью метаболизма, подобной той, что наблюдается у микроорганизмов. «Это означает, что в наших каплях может быть много энергии», – сказал доктор Мирко Диндо, исследователь лаборатории профессора Лаурино.

Затем исследователи перешли на другой фермент, называемый уреазой, который вызывает изменение pH во время реакции. Это создало градиент pH внутри капли это вызвало сильный поток молекулы внутри. “Это явление в клетки называется цитоплазматическим потоком, и это очень важный механизм для перемешивания и перемещения вещей внутри клетки, – сказал д-р Диндо. – Для нас очень интересно, что мы можем воспроизвести это в лаборатории ».

Потому что исследователи знают, сколько белка и фермент они добавили в буфер, это все еще хорошо контролируемая реакция. «Это на шаг ближе к реальной картине» того, что происходит в камере, – сказал профессор Лаурино. «Теперь у нас есть управляемая система, которая воспроизводит некоторые характеристики цитозоля. Мы можем использовать ее для методического изучения различных ферментов, чтобы увидеть, как такие особенности белок скученность и скорость метаболизма влияют на их активность ».


Новый метод позволяет снизить ферментативные реакции


Больше информации:
Андреа Теста и др., Устойчивая ферментативная активность и поток в скученных капельках белка, Nature Communications (2021 г.). DOI: 10.1038 / s41467-021-26532-0

Цитирование: Крошечные капельки дают представление о реальной жизни внутри живой клетки (2021 г., 10 ноября), полученное 10 ноября 2021 г. из https://phys.org/news/2021-11-tiny-droplets-glimpse-real-life.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, воспроизведение какой-либо части без письменного разрешения запрещено. Контент предоставляется только в информационных целях.

Leave a Comment

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.