09.01.2020
Во всем известной молекуле АТФ-синтазы ученые из МФТИ нашли дополнительную деталь. В работе, опубликованной в журнале Scientific Reports, показаны уникальные особенности структуры этого универсального молекулярного мотора, который производит энергию для всех клеточных форм жизни.
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.
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 биофизикам из МФТИ предстоит узнать.
На рисунке: 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.
Пресс-служба МФТИ
