Новости

10 Января, 2020 16:14

Биофизики обнаружили «лишнюю» деталь в молекулярном моторе

Дополнительный элемент в знаменитой молекуле АТФ-синтазы нашли ученые из МФТИ. В работе, опубликованной в журнале Scientific Reports, показаны уникальные особенности структуры этого универсального молекулярного мотора, который производит энергию для всех клеточных форм жизни.
Фото взято из открытых источников

АТФ-синтаза — настоящий «мотор» молекулярного масштаба, состоящий из ротора и статора. Этот мотор работает во внутренней мембране митохондрий и хлоропластов. В процессе работы АТФ-синтаза производит молекулы АТФ — универсальной энергетической валюты живых клеток. Молекулярный ротор этого мотора похож на бочонок, погруженный в биологическую мембрану. Этот бочонок образован белковыми С-субъединицами (от 8 до 17 штук у разных организмов), расположенными кольцом. Такая структура носит название С-кольца.

Ученые из МФТИ совместно с коллегами из французского Гренобля впервые с высоким разрешением расшифровали структуру С-кольца из хлоропластов шпината. В процессе построения трехмерной компьютерной модели С-кольца биофизики заметили необычную деталь.

«Мы обнаружили дополнительные элементы в виде окружностей внутри С-кольца. Вначале мы подумали, что это артефакт. Но, просматривая структуры С-колец разных организмов, полученных другими авторами, мы видели эти окружности снова и снова», — рассказывает Алексей Власов, аспирант МФТИ, сотрудник центра исследования молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ. Больше всего Алексея и его коллег удивило, что другие авторы в своих работах не обращали внимания на окружности внутри С-кольца и не исследовали их природу.

«Данная работа — яркий пример того, что в науке нет мелочей. Даже незначительная деталь, будучи вовремя замеченной, может привести к революционному открытию», — замечает Валентин Горделий, руководитель научных групп в Институте структурной биологии в Гренобле и в Исследовательском центре Юлиха и научный координатор Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ.

Перед биофизиками из МФТИ встала непростая задача — разгадать загадку С-кольца. Результаты моделирования и биохимических экспериментов показали, что внутри него находятся молекулы хиноновой природы. Хиноны в биологических системах являются переносчиками электронов. Так, в митохондриях присутствуют убихиноны, а в хлоропластах — пластохиноны.


Картинка: общий вид дополнительных элементов внутри С-кольца с различных ракурсов: (A) — вид сбоку, (B) — срез С-кольца, (C) — вид сверху, (D) — детали дополнительных элементов внутри С-кольца. Спиралями показаны альфа-спирали белковых С-субъединиц. Источник: A. V. Vlasov et al., Scientific Reports

Биологам давно очевидно, что внутри С-кольца АТФ-синтазы нет «дырки», что полость чем-то заполнена. Однако ответ на вопрос: «Что внутри С-кольца?» оказался довольно неожиданным: хиноны. Что делают хиноны внутри С-кольца и как они туда попадают, исследователям только предстоит выяснить. Однако сам факт их наличия крайне интересен для биологов. Так, существует теория, что С-кольцо может становиться порой в мембране митохондрий. Открытие поры внутри митохондрий происходит при запуске процесса клеточной гибели. Способны ли хиноны внутри С-кольца убить клетку? Это ученым из МФТИ предстоит узнать. 

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.

Теги
Медицина
17 Сентября, 2020
Метод оптической биопсии послужит для диагностики рака печени
Ученые Орловского государственного университета разработали способ диагностики новообразований печен...
14 Сентября, 2020
Ученые усовершенствовали технологию редактирования генома
Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) совместно с коллега...