Eiwitten ontvouwen door het verbreken van elektrische contacten
Onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam hebben ontdekt dat de stof guanidiniumchloride eiwitten ontvouwt door de elektrische contacten te verbreken die een eiwitmolecuul bij elkaar houden. De vondst is van belang voor een beter begrip van de krachten die een eiwit in de gevouwen (=gezonde) toestand houden. De publicatie over de ontdekking verschijnt op 2 december online en op 8 december in het tijdschrift Angewandte Chemie International Edition.
Geladen atomen in de keten
Eiwitmoleculen zijn lange ketens van aminozuren. Gewoonlijk is zo'n keten netjes 'opgevouwen' tot een goed gedefinieerde, compacte structuur, en alleen in deze compacte vorm zijn eiwitten biologisch actief. Soms ontvouwen bepaalde eiwitten spontaan. Dit speelt een belangrijke rol in veel ziekten. Om te begrijpen hoe het ontvouwen gebeurt, voegen onderzoekers in een biochemisch lab vaak guanidiniumchloride toe (genoemd naar guano, vogelpoep, waaruit deze stof in de 19e eeuw voor het eerst werd bereid) aan het water waarin de eiwitten zijn opgelost. De guanidinium-ionen (geladen moleculen) in deze stof kunnen namelijk heel efficiënt eiwitmoleculen ontvouwen. Hoe guanidinium-ionen dit doen is nog grotendeels onbekend. ERC-promovenda Heleen Meuzelaar en FOM-promovendus Matthijs Panman (inmiddels postdoc in Götenborg) ontdekten dat de guanidinium-ionen andere positief geladen atomen verdringen.
Zoutbrug
De compacte structuur van eiwitten wordt door verschillende krachten bij elkaar gehouden. Een daarvan is elektrische kracht: in de meeste eiwitten zitten namelijk hier en daar positief en negatief geladen atomen in de aminozuurketen, en wel op zo'n manier dat in de opgevouwen toestand paartjes van positieve en negatieve ladingen tegen elkaar aan zitten. De aantrekkende elektrische kracht tussen de tegengestelde ladingen in een paartje houdt het eiwit goed in de gevouwen structuur. Een dergelijk elektrisch contact tussen twee tegengestelde ladingen in een eiwit wordt een zoutbrug genoemd (want ook zoutkristallen worden op deze manier bij elkaar gehouden: denk aan de tegengesteld geladen natrium- en chloride-ionen in keukenzout).
Meuzelaar en Panman onderzochten het effect van guanidinium op deze zoutbruggen. Eerst keken ze in een reeks biochemische experimenten naar het effect van guanidinium op een serie van verschillende mini-eiwitten (peptiden). Ze vergeleken telkens mini-eiwitten die identiek waren qua samenstelling en grootte, maar waarin de plek van de tegengesteld geladen atomen in de keten anders was. Een kleine verandering van de plek van de geladen atomen in de keten bleek een gigantisch effect te hebben op hoe goed het guanidinium de mini-eiwitten ontvouwde. In sommige mini-eiwitten bevorderde guanidinium het vouwen van het eiwit zelfs, in plaats van het te ontvouwen.
Ionen nemen plaats in van positieve atomen
Met infrarode lasertechnieken konden de onderzoekers zien wat guanidinium met de zoutbruggen doet. Het blijkt dat de guandinium-ionen, die positief geladen zijn, de plaats innemen van de positieve atomen in de zoutbruggen: ze verdringen de positieve atomen, waardoor de zoutbruggen breken en het eiwit ontvouwt. En er wordt een nieuwe zoutbrug gevormd: niet meer tussen de twee tegengesteld geladen atomen van het eiwit, maar tussen het positief geladen guanidinium en het negatief geladen atoom van het eiwit.
De vondst is van belang voor een beter begrip van de krachten die een eiwit beschermen tegen spontaan ontvouwen. Het vermoeden bestaat dat zulk spontaan ontvouwen de eerste stap is in het ontstaan van ouderdomsziekten als Alzheimer en Parkinson.
Contact
Sander Woutersen, (020) 525 70 91.
Homepage
Referentie
Het volledige artikel is hier te vinden