Ny metod ger ökad kunskap om cellandning

Utan cellandning skulle det inte finnas något liv, men trots det vet vi ännu inte exakt hur den fungerar.  
– Det är just att det är så livsviktigt som gör att vi vill förstå hur det går till. Att vi andas är ju basen till liv på jorden, säger Rebecka Andersson, författare till en ny avhandling vid institutionen för kemi och molekylärbiologi vid Göteborgs universitet. 

Varje levande organism är uppbyggd av celler, och varje cell omsluts av ett cellmembran. Det är genom cellmembranet som alla transporter och signaler till och från cellen sker, och dessutom ansvarar det för cellens energiomvandling och skydd mot omvärlden. Cellmembranet är så viktigt att det är inblandat i de flesta processer som sker i kroppen. 

– En tredjedel av vårt DNA kodar för de proteiner som finns i cellmembranet. Det i sin tur har medfört att över hälften av alla mediciner som finns tillgängliga på marknaden har dessa proteiner som mål. De flesta som har något medfött fel på de proteiner som jag undersökt dör i väldigt unga år, säger avhandlingens författare Rebecka Andersson.    

Energi omvandlas i cellmembranet
En av de mest livsviktiga funktionerna för proteinerna i cellmembranet är att omvandla energi till en form som cellen kan använda. Hos människor görs det genom cellandningen, där vi andas in syre som driver en process där flera proteiner pumpar positivt laddade protoner från ena till andra sidan cellmembranet, vilket i sin tur skapar en elektrisk potential som cellen sedan kan omvandla till kemisk energi. Det är den kemiska energin som används i alla kroppens celler.  

– Trots att det är en sådan livsviktig process så har vi ingen detaljerad bild av hur proteinerna i cellandningen arbetar ännu. Två av de områden som vi fortfarande behöver mer kunskaper om är mekanismen för att pumpa protonerna över membranet och hur syret som vi andas in flyttar sig genom proteinet. Detta för att förstå helt hur energin omvandlas från en form till en annan i levande organismer, säger Rebecka Andersson.  

Ny metod testas på proteiner
I sin avhandling har hon studerat ett av proteinerna inblandat i cellandningen genom att först flytta protein från sitt naturliga till ett syntetiska cellmembran. Där kunde hon kontrollera egenskaperna hos cellmembranet, och genom att tillsätta kemiska substanser få proteinmolekylerna att bilda mikrometersmå kristaller. Dessa kristaller kan man sedan ta med till forskningsstationer som MAX IV i Lund där man med hjälp av röntgenstrålar kan bestämma strukturen av proteinet på atomnivå.  

– Den första delen i min avhandling beskriver en metod där man kan odla dessa små kristaller på en glasplatta, som gör att man kan övervaka hur kristallerna växer och ser ut utan att behöva stoppa deras tillväxt. På så sätt kan man tillsätta olika kemikalier som påverkar hur kristallerna växer, och utvärdera vilket sätt som ger bäst kristaller. Detta avgör hur mycket detaljer man sedan kan se i proteinstukturen, säger Rebecka Andersson. 

I den andra delen av avhandlingen har hon testat metoden på olika proteiner.  

– För proteinet som pumpar protoner över membranet har vi lyckats ta reda på hur proteinet ser ut, och börjat utveckla sätt att trigga igång reaktionen i proteinet genom att sätta till syre eller kolmonoxid för att sedan kunna skjuta röntgenstrålar på det vid olika tidpunkter, säger hon. 

I förlängningen kan Rebeckas metod hjälpa till att skapa en slags molekylär film av proteinet när det arbetar.

Text: Henrik Sandgren

Kontakt: Rebecka Andersson, institutionen för kemi och molekylärbiologi vid Göteborgs universitet, 076-341 44 13

Titel: Lipidic Cubic Phase Microcrystallization and its Application in Serial Crystallography 
Digital publciering: https://gupea.ub.gu.s e/handle/2077/66804 
 
Handledare: Richard Neutze och Gisela Brändén  

Bilder:
Figur 1. Bild på kristaller (proteinet i cellandningen) i det syntetiska membranet.
Figur 2. Här syns när Rebecka Andersson a) dispenserar proteinlösning i syntetiska membran till brunnar i en glasplatta med en kemisk lösning som får proteinerna att kristallisera sig. Bilderna b-d visar kristallerna av samma protein i samma sorts membran i olika förstoringsgrader.
Porträtt: Rebecka Andersson i labbet.

Carina Eliasson
Pressansvarig kommunikatör
Göteborgs universitet
telefon: 031-786 98 73
e-post: carina.eliasson@science.gu.se

Göteborgs universitet är ett av de stora i Europa med 47 500 studenter och 6 400 anställda. Verksamheten bedrivs av åtta fakulteter, till allra största del i centrala Göteborg. Utbildning och forskning har stor bredd och hög kvalitet – det vittnar sökandetryck och nobelpris om. www.gu.se.  Följ oss på Twitter. Gilla oss på Facebook. Adda oss på Snapchat (uniofgothenburg). Följ oss på Instagram.

Taggar: