Először végeztek közvetlen méréseket arra vonatkozóan, hogy mennyi idő alatt veszi fel térszerkezetét egy átlagos fehérje. Az eredmények meglepőek voltak: nem találtak összefüggést a fehérje szekvenciája vagy mérete és a térbeli formába hajtogatódásához szükséges idő között. Úgy tűnik, hogy a fehérjék hatékonyabban hajtogatódnak, mint más biológiai molekulák, például a DNS – annak ellenére, hogy sokkal összetettebbek. Az új kutatás eredményeit a Physical Review Letters folyóiratban tették közzé.

A fehérjék funkciói szorosan összefüggenek térszerkezetükkel. Speciális zsebekkel vagy kiemelkedésekkel rendelkeznek, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy sejtreceptorokhoz kapcsolódjanak és üzeneteket küldjenek. De bármennyire is bonyolult a végső szerkezet, minden fehérje egy aminosavakból álló láncként kezdi létezését, mint egy hosszú spagettitészta, amely számtalan módon hajtogatható, mondja Hoi Sung Chung, az eredményekről beszámoló tanulmány társszerzője, a marylandi NIDDK kutatója. A helytelenül vagy hiányosan hajtogatott fehérjék diszfunkcióhoz, betegséghez vagy toxicitáshoz vezethetnek, ezért a szakértők régóta próbálják megérteni a folyamat részleteit.

Ha azonos fehérjemolekulák lebegnek egy kémcsőben, ezek mind különböző időpontokban érik el végső térszerkezetüket, és mindegyikük számos sikertelen kísérletet tesz közben. A kutatók korábbi vizsgálatokból már tudták, hogy az összehajtogatódás teljes folyamata, beleértve a sikertelen kísérleteket is, általában mennyi időt vesz igénybe. De eddig lényegében lehetetlen volt megmérni az hajtogatódás szigorúan vett időtartamát, amit tranzíciós időszaknak is neveznek.

Ez egy nagyon rövid időtartam, ráadásul egyedi molekulákra kell meghatározni. Eddig a szakértők úgy nyertek bepillantást az hajtogatódási folyamatba, hogy mesterségesen lelassították azt, vagy olyan szokatlan fehérjéket figyeltek meg, amelyek lassú ütemben hajtódtak össze. Chung csoportja viszont közvetlenül rögzítette a tranzíciós időszakot az úgynevezett egymolekulás fluoreszcens spektroszkópia módszerével.

A szakértők az aminosavlánc egyik végéhez egy vörös festékmolekulát kapcsoltak, a másikhoz pedig egy zöldet. A zöld festék önmagában is fényt bocsát ki, a piros viszont csak akkor aktiválódik, ha energiát kap a zöld festéktől. Az aminosavlánc hajtogatódásának megkezdődése előtt így csak a zöld festék fluoreszcenciája látható. Amikor a lánc elkezd összehajtódni, a két festékmolekula közelebb kerül egymáshoz, így energia jut a zöld molekulából a pirosba, amely ezután fényleni kezd. De ez a fény túl gyenge volt ahhoz, hogy a szakértők érzékelni tudják, ezért egy nanoméretű mélyedésekkel ellátott eszközt használtak, amely felerősítette a jelet. Ez lehetővé tette számukra, hogy megfigyeljék nyolc különböző fehérje hajtogatódásának rövidke folyamatát.

„Ez az egyik legjelentősebb előrelépés a területen az elmúlt években” – mondja Dmitrii Makarov, a Texasi Egyetem fizikusa. Az összehajtódás megfigyeléséhez nagyon kis számú fotont kellett észlelni, így igazi technikai bravúr, hogy ez sikerült. Az pedig igazán lenyűgöző, hogy ezt nem csak egy fehérje, hanem nyolc esetében tették meg, ami érdekes kérdések feltevését tette lehetővé, folytatja a szakértő.

A tranzíció legrövidebb időtartama egy mikroszekundumnál kevesebb volt, a leglassabb hajtogatódás pedig körülbelül négy mikroszekundumig tartott. A sebességek ugyanakkor függtek össze a fehérje méretével, hosszával, szekvenciájával vagy a hajtogatott szerkezettel, hanem az összehajtódott fehérje aminosavjai közötti kölcsönhatások számával korreláltak. Minél több ilyen kölcsönhatás volt, annál hatékonyabban hajtogatódott a fehérje. Makarov elmondása szerint ezt az elméleti modellek is előre jelezték, és nagyon izgalmas látni, hogy beigazolódott a teória.

Chung elmondása szerint a kutatás azt sugallja, hogy a fehérjék a hajtogatódás tényleges folyamatát is gyorsabban végzik, mint más biológiai molekulák, például a DNS. Ez utóbbi mindössze négy alapvető egységből, úgynevezett bázisból áll, amelyek mindegyike csak egy másik bázishoz képes kötődni a végső szerkezetben. A fehérjék ezzel szemben 22 különböző aminosavból állnak, és köztük sokkal többféle kölcsönhatás lehetséges.