• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Innodoktorant pracuje nad stabilnością białek

    05.05.2011. 00:40
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Białka mogą służyć jako narzędzia w przetwórstwie żywności, diagnostyce molekularnej lub produkcji leków. Ich funkcje w biotechnologii można porównać do mikroskopijnych nożyczek czy kserokopiarek. I, choć w większości są mało stabilne, czyli szybko tracą swoje zdolności, naukowcy znają istnieje wiele sposobów, by ich aktywność utrzymać przez jak najdłuższy czas. Wybrane techniki udoskonala Piotr Bruździak z Katedry Chemii Fizycznej na Wydziale Chemicznym Politechniki Gdańskiej. Badacz otrzymał stypendium III edycji programu "InnoDoktorant".

    "Białka są jednym z podstawowych budulców wszystkich organizmów, spełniają wiele funkcji istotnych dla funkcjonowania i przeżycia wszystkich znanych form życia. Zbudowane są z połączonych ze sobą wielu różnych organicznych podjednostek - aminokwasów. Białka spełniają swoją funkcję tylko wtedy, gdy ich kształt jest prawidłowy" - tłumaczy PAP Piotr Bruździak.

    Jak definiuje, białka, których struktura została zniszczona, na przykład przez wysoką temperaturę, w wielu przypadkach nie mogą funkcjonować prawidłowo. Forma, w jakiej występują takie białka, nazywana jest zdenaturowaną.

    Jeżeli co najmniej dwie cząsteczki białka w tym procesie łączą się i tracą przy tym swoją oryginalną aktywność (czyli zdolność do pełnienia przypisanej im pierwotnie funkcji), to proces taki nazywamy agregacją. Znajomość molekularnych mechanizmów tych procesów pozwoli na lepsze ich kontrolowanie, nie tylko w warunkach in vitro, ale być może także in vivo.

    "W organizmach żywych istnieje delikatna równowaga między formami pierwotnymi białek (tzw. natywnymi), a ich formami zdenaturowanymi. Jeżeli z jakiegoś powodu równowaga ta zostanie zaburzona, to może to skutkować nieprawidłowym działaniem komórek, a nawet całego organizmu. Podobny efekt może spowodować niefizjologiczna agregacja białek, która jest przyczyną pewnych chorób, na przykład choroby Alzheimera" - mówi doktorant.

    Dodaje, że białka mogą istnieć w swej natywnej formie także poza organizmem. Wiele z nich wykazuje pożądane cechy. Enzymy są zdolne do katalizowania pewnych reakcji, zaś przeciwciała potrafią łączyć się ze ściśle określonymi cząsteczkami. Zadaniem naukowców jest znaleźć sposoby na to, by funkcjonowały w ten sposób jak najdłużej.

    Praca Bruździaka polega na wykorzystaniu różnych technik eksperymentalnych dla określenia zmian, jakie zachodzą w strukturze białka w obecności różnych niewielkich cząsteczek organicznych pochodzenia naturalnego, tzw. osmolitów. Cząsteczki te mogą pośrednio wpływać na strukturę białek i ich wytrzymałość na wysokie temperatury.

    "Nasz zespół stara się precyzyjnie określić mechanizm stabilizacji białek przez osmolity. Poza aspektem czysto poznawczym, ważnym elementem naszej pracy jest także aspekt praktyczny. Zbadaliśmy wiele osmolitów, które wykazują różne właściwości: w zależności od rodzaju i stężenia mogą one modyfikować temperaturę denaturacji białka, zdolność do agregacji oraz zwiększać, bądź zmniejszać stopień odwracalności tych procesów" - wylicza badacz.

    Wyjaśnia, że osmolity mogą zwiększyć wytrzymałość białek na niekorzystne warunki zewnętrzne oraz przedłużyć czas, w którym ich aktywność jest utrzymana na stałym poziomie, czyli czas przydatności do użycia. Stosowanie osmolitów może się więc potencjalnie przełożyć na zwiększenie wydajności produkcji różnych białek przez firmy biotechnologiczne, w tym także białek o znaczeniu farmakologicznym - obecnie są to głównie różnego rodzaju przeciwciała.

    Stypendium programu InnoDoktorant ma dla Piotra Bruździaka szczególne znaczenie. Młody naukowiec przyznaje, że finansowanie badań stanowi impuls do dalszej pracy oraz poszukiwania nowych rozwiązań. Uświadamia także, że wysiłek włożony w badania został doceniony i zauważony i potencjalnie może się przełożyć na rozwój współpracy z przedsiębiorcami.

    "Stypendium to zapewniło mi przede wszystkim spokój, związany z obecną sytuacją finansową. Umożliwi także spokojny start na rynku pracy, po uzyskaniu tytułu doktora. W trakcie kilku najbliższych miesięcy planuję zakończyć pracę eksperymentalną i rozpocząć redagowanie rozprawy doktorskiej, równolegle z pisaniem publikacji naukowych" - mówi rozmówca PAP.

    Zapytany o możliwość wykorzystania wyników badań w gospodarce deklaruje, że chętnie podejmie współpracę z przedsiębiorstwem, które byłoby zainteresowane uzyskanymi rezultatami.

    Badania Piotra Bruździaka mogą się przyczynić do zwiększenia wydajności produkcji z wykorzystaniem enzymów, zwiększania stabilności białek o znaczeniu farmakologicznym. Mogą być zastosowane także do modyfikacji aktywności, specyficzności i wydajności enzymów służących za narzędzia biologii i diagnostyki molekularnej.

    Projekt "InnoDoktorant - stypendia dla doktorantów" jest realizowany w ramach Poddziałania 8.2.2 Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki 2007-2013. Stypendia w wysokości 30 tys. zł przyznano w 2010 roku już po raz trzeci.

    PAP - Nauka w Polsce, Karolina Olszewska

    agt/bsz


    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)

    Kinazy białkowe – grupa kinaz, których substratami są białka. Enzymy te przeprowadzają reakcję fosforylacji cząsteczki specyficznego dla danej kinazy białka. Fosforylacja zwykle prowadzi do zmiany konformacji cząsteczki białka i, w konsekwencji, zmiany jego aktywności, zdolności do wiązania się z innymi białkami albo przemieszczenia cząsteczki w obrębie komórki. Do 30% białek podlega regulacji na tej drodze; większość szlaków metabolicznych komórki, zwłaszcza sygnalizacyjnych, angażuje enzymy z grupy kinaz białkowych. W ludzkim genomie zidentyfikowano kilkaset genów kodujących sekwencje aminokwasowe kinaz białkowych (około 2% wszystkich genow). Funkcja kinaz białkowych podlega wielostopniowej regulacji, również angażującej kinazy i fosfatazy białkowe; fosforylacja białka kinazy może zwiększać albo zmniejszać jej aktywność. Białka aktywatorowe lub inhibitorowe przez przyłączanie się do domen regulatorowych kinaz również wpływają na ich aktywność. Niektóre kinazy posiadają domenę regulatorową, którą same mogą fosforylować (autofosforylacja albo cis-fosforylacja).

    Kinazy białkowe – grupa kinaz, których substratami są białka. Enzymy te przeprowadzają reakcję fosforylacji cząsteczki specyficznego dla danej kinazy białka. Fosforylacja zwykle prowadzi do zmiany konformacji cząsteczki białka i, w konsekwencji, zmiany jego aktywności, zdolności do wiązania się z innymi białkami albo przemieszczenia cząsteczki w obrębie komórki. Do 30% białek podlega regulacji na tej drodze; większość szlaków metabolicznych komórki, zwłaszcza sygnalizacyjnych, angażuje enzymy z grupy kinaz białkowych. W ludzkim genomie zidentyfikowano kilkaset genów kodujących sekwencje aminokwasowe kinaz białkowych (około 2% wszystkich genow). Funkcja kinaz białkowych podlega wielostopniowej regulacji, również angażującej kinazy i fosfatazy białkowe; fosforylacja białka kinazy może zwiększać albo zmniejszać jej aktywność. Białka aktywatorowe lub inhibitorowe przez przyłączanie się do domen regulatorowych kinaz również wpływają na ich aktywność. Niektóre kinazy posiadają domenę regulatorową, którą same mogą fosforylować (autofosforylacja albo cis-fosforylacja).

    Chemokiny – niskocząsteczkowe białka z grupy cytokin wydzielane przez komórki. Nazwa chemokiny pochodzi od angielskich słów chemoattractant cytokines ("cytokiny chemowabiące") i nawiązuje do ich pierwotnie opisanej funkcji chemoatraktantów. Ich aktywność związana jest z pobudzeniem specyficznych dla nich receptorów błonowych. Profil ekspresji tych receptorów decyduje o wrażliwości komórek na bodziec chemotaktyczny. Rola chemokin w kreowaniu odpowiedzi immunologicznej stała się przyczyną, dla której włączono tę grupę białek do rodziny cytokin. Podobnie jak cytokiny, chemokiny charakteryzują się plejotropią, czyli zróżnicowaniem oddziaływania w zależności od typu komórki docelowej oraz obecności kofaktorów i modulatorów. Pomimo plejotropowego charakteru swojej aktywności, chemokiny nawet z różnych grup mogą w określonych warunkach wywoływać ten sam efekt w komórce docelowej (redundancja). Aktywność chemokin kontrolowana jest szeregiem pozytywnych i negatywnych sprzężeń zwrotnych, przy czym wzajemnie mogą one działać zarówno antagonistycznego jak i synergicznie.

    Rybosom – kompleks białek z kwasami nukleinowymi służący do produkcji białek w procesie translacji. Rybosomy zbudowane są z rRNA i białek. Katalityczna aktywność rybosomu związana jest właśnie z zawartym w nim rRNA, natomiast białka budują strukturę rybosomu i działają jako kofaktory zwiększające wydajność translacji.

    Rybosom – kompleks białek z kwasami nukleinowymi służący do produkcji białek w procesie translacji. Rybosomy zbudowane są z rRNA i białek. Katalityczna aktywność rybosomu związana jest właśnie z zawartym w nim rRNA, natomiast białka budują strukturę rybosomu i działają jako kofaktory zwiększające wydajność translacji.

    Hormony białkowe – hormony produkowane przez komórki o rozbudowanej szorstkiej siateczce sródplazmatycznej. Mogą to być krótkie oligopeptydy zbudowane z 3 lub kilku reszt aminokwasowych (np. w dziewięcioaminokwasowa cząsteczka hormonu antydiuretycznego), a także bardzo złożone białka o masie >10 kDa, zawierające >100 aminokwasów, np. hormon wzrostu składający się ze 191 reszt aminokwasowych. Hormony białkowe są rozpuszczalne w wodzie, nie mogą przenikać przez błony komórkowe i mają krótki okres aktywności biologicznej. Wiele z nich jest produkowanych i wydzielanych w formie nieczynnej jako prohormony, które uaktywniają się dopiero we krwi lub w narządach docelowych.

    Białka fuzyjne (białka chimeryczne) – białka powstające z połączenia 2 lub większej liczby genów, które pierwotnie były odpowiedzialne za produkcję niezależnych białek. Produktem genu fuzyjnego jest białko (polipeptyd), którego funkcja jest w pewnym stopniu pochodną funkcji białek kodowanych przez geny wchodzące w skład takiego połączenia.

    Dodano: 05.05.2011. 00:40  


    Najnowsze