Ian Morgan aan het spelen met misvormde eiwitten (afb: UC Santa Barbara)
Glas is in feite een (min of meer) vaste vloeistof zonder een kristallijne structuur. Het lijkt er op dat misvormde (?) eiwitten vreemde, glasachtige eigenschappen hebben en een ‘geheugen’. Een curieus verhaal, maar wat leert ons dat over misvormde eiwitten?
Omar Saleh en Ian Morgan van de universiteit van Californië in Santa Barbara onderzochten de mechanische eigenschappen van misvormde eiwitten. Misvormde eiwitten zijn vaak oorzaak (of gevolg?) van ziektes zoals Alzheimer. Ze dachten dat als je een eiwit oprekt en het dan weer met rust laat meteen weer zijn oorspronkelijke vorm zou aannemen zoals een elastiekje, maar dat gebeurde niet. Het (misvormde) eiwit deed er tientallen minuten over om weer zijn oorspronkelijke vorm te vinden. Dat zou wijzen op een innerlijke structuur waarvan al lang werd aangenomen dat die bestond, maar die moeilijk te bewijzen is.
“Die relaxatiesnelheid is belangrijk aangezien die iets zegt over de structurele organisatie van het eiwit”, zegt Morgan. Die structuur heeft meestal te maken met de biologische functie van het eiwit.” Die trage relaxatie (naar de oorspronkelijke structuur) is een gedrag dat typisch is voor gevouwen eiwitten (en dus niet voor misvormde? as).
Bij eiwitten is vorm functie. Bij misvormde eiwitten met een onstabiele structuur zijn de functies afgeleid van hun dynamiek. “Meer dan 40% van de menselijke eiwitten zijn ten minste deels ongevouwen (geen vaste structuur; as). Die zijn vaak gekoppeld aan belangrijke biologische processen maar ook aan ernstige ziektes.”
Glasgedrag
In de jaren 80 werd ontdekt dat gevouwen eiwitten slechts langzaam weer hun oorspronkelijke vorm aannemen. Dat is volgens Morgan een gedrag dat eigen is aan glas. “We bestuderen al lang gevouwen eiwitten. We zagen dus direct dat die trage relaxaties het gevolg zijn van een mechanisme waarbij ‘gefrustreerde’ moleculen weer zo’n klein mogelijke willen innemen. Die verklaring heeft ons geholpen de structuur van gevouwen eiwitten beter te begrijpen en het glasgedrag in veel andere systemen te kunnen verklaren.”
Het punt was dat het eiwit waar de onderzoekers aan trokken met een soort magnetische pincetjes misvormd was. Zo’n misvormd eiwit zou niet op zoek zijn naar een vorm die de kleinst mogelijk ruimte inneemt en zou dus ook niet met dat ‘prop’probleem zitten. Morgan: “Toen we die trage relaxaties van dat misvormde eiwit zagen moesten we concluderen dat of onze definitie van eiwitten fout was of dat er een ander mechanisme aan het werk is.”
De onderzoekers besloten wat te gaan spelen met dat misvormde eiwit. Na het uitgerekt te hebben lieten ze het weer langzaam terugkeren naar de oorspronkelijke vorm, maar trokken er weer aan, met minder kracht, voordat dat relaxatieproces was afgerond. Het leek er op dat het eiwit zich de eerste oprekking ‘herinnerde’. Hoe langer je het misvormde eiwit oprekte, hoe langer het duurde voordat het weer zijn oorspronkelijke vorm had aangenomen. Het lijkt er op of het zich de oprektijd ‘herinnert’.
Om dat onverwachte glasgedrag te verklaren gingen de onderzoekers ’te rade’ bij nogal alledaagse voorbeelden zoals verkreukeld papier of geheugenschuim. Ze kwamen tot de conclusie dat de innerlijke structuur van het eiwit niet een vast model was maar een optelsom van verschillende onafhankelijke substructuren die reageren afhankelijk van de toegepaste kracht. Sterke substructuren kunnen een tijdje de rekkracht weerstaan en nemen sneller hun oorspronkelijk vorm weer aan, terwijl zwakkere structuren sneller toegeven en ook trager weer de oorspronkelijke vorm aannemen. Dat idee werd ook experimenteel ondersteund.
Morgan: “Mechanisch wanordelijke systemen met soortgelijke structuren lijken opmerkelijk duurzaam te zijn. Die hebben ook andere mechanische eigenschappen afhankelijk van de kracht waarmee je ze oprekt of samendrukt.” Met andere woorden: ze hebben een aanpassingsvermogen. Wellicht dat deze kennis leidt tot dynamische materialen zoals geheugenmetalen en geheugenschuim. Morgan denkt meer aan de hersens. “Die filteren onbelangrijke informatie er uit waardoor ze efficiënter herhaalde prikkels kunnen opslaan.” Ik vraag me vervolgens wel of wat dit verhaal toevoegt aan onze kennis over misvormde eiwitten, maar dat is misschien weer een domme vraag van een domme leek.
Bron: EurekAlert