Российские биофизики определили механизм транспорта протонов внутрь клетки

Ученые Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ при участии своих российских и зарубежных коллег из Германии и Франции определили, каким образом происходит транспортировка протонов через мембрану клетки.

Этот процесс осуществляется белками, чувствительными к свету.

Важность исследования состоит в жизненной необходимости для животных и бактериальных клеток движения протонов, поскольку именно они играют главную роль в происходящем в организме человека энергообмене.

Определение особенностей транспортировки протонов позволит использовать их в оптогенетике, которая исследует работу нервных клеток через помещение в мембрану специальных каналов — опсинов, активно реагирующих на световое возбуждение.

Энергообмен — это процесс, осуществляемый светочувствительными белками под названием родопсины, которые как помпа качают ионы внутрь клетки через ее мембрану. В свою очередь микробы также имеют свои белки, аналогичные родопсинам, — бактериородопсины.

Несмотря на известность процесса перемещения протонов, конкретные механизмы движения через протонопроводящие молекулы еще не до конца изучены.

В ходе исследования ученые воспользовались ксенородопсином, полученным из обнаруженной в Мексике бактерии Bacillus coahuilensis. Ксенородопсин относится к подгруппе микробных белков, проводящих протон внутрь клетки.

Как пояснил научный сотрудник МФТИ Федор Цыбров, команда ученых прямо в процессе работы ксенородопсина изучала его структуру. Для этого использовалась времяразрешенная кристаллография, суть которой заключается в возбуждении белка лазером с последующей обработкой рентгеном.

Рентгеновская дифракция позволила выявить в структуре белка аминокислоты BcXeR, которые непосредственно переносят протон в клетку и осуществляют это по определенным «протонным проволокам», то есть водородным цепочкам, которые объединяют молекулы воды. Такие молекулы появляются только в процессе переноса, поэтому без разбора действующей структуры ксенородопсина их было невозможно выявить.

Результаты исследования показали, что воздействие на клетки мозга с помощью волны света определенной длины влечет за собой активацию или деактивацию нейронов.

«На основе полученных нами результатов можно создавать новые оптогенетические инструменты. Для этого необходимо найти такие микробные родопсины, которые бы хорошо работали в клетках млекопитающих и были бы безопасны при применении в организме», — дополнил Федор Цыбров.

В перспективе ученые планируют точно определить, какую роль играют ксенородопсины в бактериальной клетке и для чего они предназначены.

0 комментариев