26 мая 2024, воскресенье, 14:33
TelegramVK.comTwitterYouTubeЯндекс.ДзенОдноклассники

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

Протонный транспорт у бактерий

Чашки Петри
Чашки Петри
Carissa Rogers/Flickr

Биофизики Московского физико-технического института совместно с коллегами из России и Европы определили механизм транспорта протонов через клеточную мембрану светочувствительными белками. Полученные результаты найдут применение в развитии оптогенетики, в методике работы с нервными клетками. Об исследовании рассказала пресс-служба МФТИ.

Транспорт протонов крайне важен для жизни клеток: как бактериальных, так и животных, поскольку он играет ключевую роль в энергообмене. Он осуществляется за счет светочувствительных белков родопсинов — они, подобно помпам, прокачивают через мембрану клетки различные ионы. У микробов есть свой аналог родопсинов — бактериородопсины. Считается, что молекулярные механизмы перемещения протонов через различные типы протонопроводящих молекул имеют общие универсальные черты. Однако эти механизмы всё еще мало изучены. В своей работе команда из Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ использовала ксенородопсин из бактерии Bacillus coahuilensis, обнаруженной в Мексике.

«Мы в своей работе изучали ксенородопсины. Это подгруппа микробных родопсинов, которые прокачивают протон внутрь клетки против привычного направления. Их начали изучать недавно, с 2016 года. Наша команда впервые изучила их структуру прямо в процессе их работы при помощи времяразрешенной кристаллографии. Белок возбуждается лазером, а спустя сотни микросекунд облучается рентгеном. Таким образом — при помощи рентгеновской дифракции — нам удалось получить его структуру», — объяснил Фёдор Цыбров, научный сотрудник Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ.

 

Структурные перестройки в цитоплазматической части в ходе фотоцикла. Синие стрелки указывают на ключевые конформационные изменения. Широкая голубая стрелка указывает на предполагаемый путь перемещения протонов. Источник: Kirill Kovalev et al./Nature Structural & Molecular Biology

Авторы смогли определить аминокислоты ксенородопсина BcXeR, которые участвуют в процессе переноса протона. Оказалось, что процесс переноса осуществляется по «протонным проволокам» — цепочкам водородных связей, образованных между молекулами воды. Эти молекулы воды появляются только в процессе работы белка, поэтому ученые увидели их впервые.

По словам авторов, полученные результаты в будущем найдут применение в оптогенетике. Это методика исследования работы нервных клеток, основанная на внедрении в их мембрану специальных каналов — опсинов, реагирующих на возбуждение светом. Если на мозг воздействовать светом с определенной длиной волны, то те нейроны, которые имеют такие каналы, будут активироваться или наоборот: не смогут генерировать потенциалы действия.

«Ксенородопсины — это альтернатива текущему инструменту для возбуждения клеток светом. На основе полученных нами результатов можно создавать новые оптогенетические инструменты. Для этого необходимо найти такие микробные родопсины, которые хорошо работали бы в клетках млекопитающих и были бы безопасны при применении в организме. Нам, к сожалению, пока что удалось добиться функционирования нашего белка только в бактериях. С этой целью анализируются новые метагеномные данные, в которых обнаруживаются ранее не исследованные гены белков. Возможно, какой-то из них окажется пригодным для целей оптогенетики. В том числе при помощи текущего исследования станет понятно, как его можно будет модифицировать и улучшать», — дополнил Фёдор Цыбров.

В будущем исследователи также планируют точно установить биологическую роль ксенородопсинов в бактериальной клетке — пока они не могут ответить на вопрос, зачем эти белки нужны бактериям.

В исследовании приняли участие специалисты Геттингенского университета, Института биофизики Общества Макса Планка( Германия), Института структурной биологии (Франция), Объединенного института ядерных исследований, МГУ им. Ломоносова и ряда других центров.

Результаты исследования ученых опубликованы в журнале Nature Structural & Molecular Biology.

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
VK.com Twitter Telegram YouTube Яндекс.Дзен Одноклассники
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2024.