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.
