Membranproteiners strukturdynamik
- Diarienummer
- SRL10-0036
- Start- och slutdatum
- 120101-171231
- Beviljat belopp
- 9 700 000 kr
- Förvaltande organisation
- Göteborg University
- Forskningsområde
- Livsvetenskaperna
Summary
Min vision är ny unik biologisk insikt i de strukturella förändringar som sker med hjälp av membranbundna proteiner vid energi- och signalöverföring. För detta syfte kommer jag nyttja röntgenpulser skapade av en synkrotron, elektronlaser samt tidsupplösta strukturfilmer som visar membranproteiners aktivitet. Jag kommer att (1) utveckla nya röntgenmetoder som visar hur strukturella förändringar ursprungna ur fotoisomerisering överförs och amplifieras av membransignaleringsproteiner, vilka fungerar som den primära receptorn hos bakteriell fototaxis; (2) fånga de strukturella förändringar som är livsviktiga för energiöverföringen genom andningskedjans oxidaser och fotosyntetiska reaktionscentra; (3) ta ögonblicksbilder av de snabbaste strukturella förändringarna inom biologin några få femtosekunder efter fotoaktivering av ljusdrivna integrala membranproteiner. Jag är internationellt ledande vad gäller pionjära framgångar inom denna gren av livets vetenskaper; flera lyckade studier av intermediära tillstånd hos membraneproteiner, den första lyckade tidsupplösta Laue diffraktionsstudien av ett integralt membraprotein, den första tillämpningen av tidsupplöst röntgendiffraktion av membranproteiner mha vidvinkel, samt jag är föregångare vad gäller användandet av röntgen i kombination med elektronlaser för ultrasnabb nanokristallografi av proteiner. Jag kommer bana nya vägar för användandet av korta intensiva röntgenpulser för de mest utmanande frågeställningarna inom strukturbiologi.
Populärvetenskaplig beskrivning
Strukturbiologi är den del inom livets vetenskaper som syfter till att förstå strukturen hos cellens stora molekyler. Sådana molekyler (proteiner, DNA, RNA) veckas i specifika strukturer och det är dessa strukturer som ger t ex proteinerna förmågan att utföra kemiska reaktioner som är oumbärliga för alla levande organismer. Några häpnadsväckande biokemiska funktioner som kommer att studeras i aktuell tillämpning inkluderar (1) infångandet av ljusenergi samt dess omvandling till andra för livet viktiga energiformer; (2) omvandlingen av syre till vatten och den samtidiga kopplingen till nyttjandet av frigjord energi för att driva viktiga biologiska reaktioner samt (3) överföringen och amplifieringen av informationen i en enda ljuspartikel (foton) för att möjliggöra att en organism informeras om sin omgiving. Den mest framgångsrika metoden inom strukturbiologi är röntgendiffraktion, där mycket intensiva röntgenstrålar används i kombination med mycket små proteinkristaller, vilket ger forskaren information som illustrerar proteiners struktur. Den nya insikt som kommer från en ny röntgendiffraktionsstruktur av ett protein kan liknas vid den nya kunskap som erhålls om ett dinosaurieskelett genom att pussla ihop en hög osorterade dinosaurieben. Proteiner, å andra sidan, är i ständig strukturell förändring under den tid de verkar i en cell, på samma sätt som levande dinosaurier rörde sig när de gick, sprang, åt eller slogs. Alla känner till den genomslagskraft rörliga bilder har haft genom tiderna för att föra fram ny förståelse. Filmer har fångat publikens föreställningar under ett århundrade där populariseringar såsom Jurassic Park” och “Walking with Dinosaurs” har skildrat hur dinosaurierna for fram vilket revolutionerat publikens och forskarnas förståelse för fältet. Här vill jag använda senaste tekniken inom röntgenstrålning för att skapa högupplösande filmer av membranproteiners aktivitet i realtid. Mitt mål är att se hur membranproteinernas enskilda atomer förflyttar sig när proteinerna utför sina funktioner och från detta erhålla fundamentalt nya insikter i livsprocesser som till exempel energiöverföring och känselförnimmelser. Projektet bygger på unika tekniska möjligheter vilka formas inom mycket stora röntgenkällor i USA, Europa och Sverige. Verktygen som jag utvecklar kommer att användas brett både i akademin och i den farmaceutiska industrin och de kommer också ge andra möjlighet att få ny förståelse för de mest utmanande problemen i strukturbiologi.