Проект кафедры истории медицины Московского государственного медико-стоматологического университета им. А.И. Евдокимова

Раскрыт механизм работы светочувствительных белков микробов

8 мая 2022

Российские и европейские исследователи раскрыли физические принципы работы бактериородопсинов, светочувствительных белков, которые микробы используют для извлечения энергии из частиц света. Об этом в четверг сообщила пресс-служба МФТИ со ссылкой на статью в журнале Nature Structural & Molecular Biology.

"Мы выяснили, что для того, чтобы белок работал, в нем должны сформироваться "протонные провода", которые соединяют ключевые места, где происходят изменения в молекуле. По ним идет передача сигнала и протонов из одного места белка в другое. Нам удалось увидеть то, как протекают эти перестройки и как благодаря ним начинают двигаться протоны", - заявил заместитель заведующего лабораторией МФТИ Валентин Борщевский, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Бактериородопсины представляют собой белки, взаимодействующие с частицами света и извлекающие из них энергию. Микробы используют их как в качестве датчиков света, так и в качестве "моторов" для молекулярных насосов, которые перекачивают определенные ионы в клетку или за ее пределы. История появления этих белков и механизмы их работы вызывают интерес среди эволюционистов и биотехнологов.

Борщевский и его коллеги под руководством Валентина Горделия, профессора МФТИ и Юлихского центра, уже много лет изучают физические механизмы работы бактериородопсионов. Сложности в изучении их свойств связаны с тем, что молекулы данных белков встроены в мембраны живых клеток. Это мешает наблюдениям за изменениями в их структуре и затрудняет анализ их взаимодействий со светом, ионами и другими молекулами.

Световой "мотор" микробов

В частности, как отмечают Горделий и его коллеги, до настоящего времени ученые не имели понятия о том, в какие промежуточные состояния переходят бактериородопсины при поглощении частиц света и транспортировке протонов из клетки во внешнюю среду или в обратном направлении. Отсутствие таких сведений не позволяло физикам и биологам понять, как именно эти белки перенаправляют энергию частицы света в движение ионов.

Российским и европейским физикам удалось получить эти сведения в ходе наблюдений за тем, как замороженные кристаллы бактериородопсинов взаимодействовали с частицами света при разных температурах окружающей среды. Эти опыты помогли им "увидеть" то, какой формой белок обладал на каждой стадии его работы, а также раскрыть механизмы его функционирования.

В частности, профессор Горделий и его коллеги обнаружили, что при взаимодействиях бактериородопсинов и частиц света внутри белков начинают возникать своеобразные "протонные провода", цепочки из расположенных рядом аминокислот. Их появление ведет к перестройке всей молекулы и формированию канала, который захватывает протон и заставляет его двигаться только в одном направлении.

Понимание механизмов работы этих белков, как надеются физики, расширит возможности их применения в научной практике и промышленности, а также позволит создать новые типы аналогичных молекул, способных захватывать частицы света и использовать их энергию для решения сложных практических задач.

По материалам сайта ТАСС