Публикация Защо топлината убива клетките
Ако температурата се повиши над определен праг, клетката ще се срути и ще умре. Едно от най-простите обяснения за тази липса на топлоустойчивост е, че протеините, необходими за живота - тези, които извличат енергия от храна или слънчева светлина, борят се с нашественици, унищожават отпадъците и т.н., често са с невероятно точна форма. Те започват с дълги вериги, след това се навиват на спирали и други конфигурации, продиктувани от последователността на техните компоненти. Тези форми играят важна роля в това, което правят. Но когато всичко започне да се нагрява, връзките, които поддържат структурите на протеините, се разрушават: първо най-слабите, а след това, когато температурата се повиши, най-силните. Очевидно унищожаването на протеиновата структура трябва да бъде фатално, но доскоро точните подробности за това как или защо убива прегрятите клетки не бяха известни.
Паола Пикоти, биофизикът, ръководил изследването, обясни, че тези експерименти са възникнали от стария, трънлив въпрос защо някои клетки оцеляват при високи температури, докато други умират. Thermus thermophilus живее щастливо в горещи извори и дори бойлери за битови нужди, докато Е. coli се разпада още при 40 градуса по Целзий. Има сериозни доказателства, че разликите в стабилността на протеините във всеки организъм са важни. Но изучаването на поведението на протеин, докато той все още е в жива клетка, е идеалният начин да го разберем и е много трудно. Изолирането на протеин в епруветка дава само частични отговори, тъй като вътре в тялото протеините се сливат заедно, променяйки химията на другия или поддържайки се във форма. За да разберете какво се разгражда и защо, трябва да проучите протеините, докато те си влияят един на друг.
За да реши този проблем, екипът от учени разработи досаден автоматизиран работен поток, в който разделят отворените клетки и нагряват съдържанието им на етапи, освобождавайки ензимите за намаляване на протеините в сместа на етапи. Тези ензими са особено добри в нарязването на разгънати протеини, така че изследователите са успели да определят при каква температура всеки протеинов фрагмент е неуспешен. По този начин те начертават разгъната или денатурираща крива за всеки от хилядите изследвани протеини, показвайки как тези дъги преминават от непокътнати структури при комфортни температури в състояние на разпад с повишаване на температурата. За да видят как тези криви се различават при различните видове, учените избраха четири вида - хора, Е. coli, Т. thermophilus и дрожди.
„Това е отлично проучване“, казва Алън Дръмонд, биолог от Чикагския университет, отбелязвайки мащаба и деликатността на процеса.
Едно от най-очевидните наблюдения беше, че при всеки вид протеините не се развиват масово с повишаване на температурата. Вместо това протеините от много малка подгрупа бяха първите, които се срутиха, казва Пикоти, и това бяха най-важните протеини. Най-често тези протеини са били тясно свързани, тоест те са повлияли на много процеси в клетката. „Без тях клетката не може да функционира“, казва Пикоти. „Когато напуснат, цялата мрежа може да рухне.“ И очевидно животът на клетката.
Този парадокс - че някои от най-важните протеини са най-деликатни - може да отразява как еволюцията ги е оформила да работят. Ако катерицата има много роли, тя може да се възползва от нестабилността, като е подвижна към сгъване и разгъване, тоест сгъване и разгъване, защото това ще й позволи да приеме много различни форми в зависимост от целта. Много от важните протеини имат повишена гъвкавост, което ги прави по-нестабилни, но гъвкави и способни да се свързват с голямо разнообразие от целеви молекули в клетката, обяснява Пикоти. Подобно на това те могат да изпълняват функциите си - това е един вид компромис.