Ученые узнали принцип работы бактериального ионного насоса
В основе энергетики любой живой клетки лежат процессы, происходящие на мембранах, в частности, направленный перенос (или транспорт) ионов и молекул. Известно огромное число ионных каналов, насосов (помп) и переносчиков, работающих в тех или иных организмах, но подробно изучена работа лишь некоторых из них. Новая работа ученых МФТИ и зарубежных коллег пролила свет на функционирование активируемых светом ионных насосов на примере протеородопсина из морской бактерии.
Публикация вышла в Science Advances. Живые клетки регулируют свою жизнедеятельность за счет множества мембранных белков. Они обеспечивают нужную концентрацию ионов и других соединений внутри клетки и в ее отдельных «отсеках». Ионный транспорт представлен как пассивными процессами при участии каналов и переносчиков («выпускают» ионы туда, где их меньше), так и активными — их обеспечивают ионные насосы. Создаваемые ими ионные дисбалансы нужны для эффективного синтеза АТФ — основной энергосодержащей молекулы живых клеток.
Среди ионных насосов выделяются протеородопсины (PRs, proteorhodopsins). Это важная группа белков морских бактерий, которые используют энергию света для переноса через мембрану протонов (ионов водорода). По названию видно, что протеородопсины — это родственники родопсина, зрительного пигмента глаза, который помогает нам видеть. Родственных белков на самом деле множество — они обнаружены у самых разных организмов от животных до водорослей и даже вирусов.
Однако протеородопсины заметно отличаются от хорошо изученных белков у представителей других доменов жизни — эукариот и архей. Разнообразные белки этой группы реагируют на свет определенной длины волны, поскольку связаны с ретиналем (производное витамина A). Эта небольшая молекула поглощает энергию и изомеризуется, то есть переходит из одной формы в другую и обратно. Можно сказать, что ретиналь работает как активатор белка.
Различные группы бактерий, археи и водоросли-динофлагелляты встроили протеородопсины в свой метаболизм — возможно, чтобы использовать энергию света. Все эти фототрофные микробы служат основой пищевой цепи океана и кормят других его жителей.
Несмотря на важность для морских экосистем и двадцатилетние усилия ученых, механизмы транспорта ионов водорода с помощью протеородопсинов оставались не вполне ясны. Не хватало полученных с высоким разрешением структур таких белков, соответствующих различным функциональным состояниям. Да и в исходном виде структуры протеородопсинов имели недостаточное разрешение — например, в моделях отсутствовали координаты некоторых молекул воды. Предстояло узнать, как такие молекулы меняются в ходе фотоцикла — обратимых перестроек структуры, происходящих в несколько стадий.
Пробел восполнила новая статья международного коллектива исследователей. Объектом изучения стал протеородопсин MAR, ген которого выделили из морской актинобактерии Actinomarina minuta. Ученые построили эволюционное древо протеородопсинов, включая MAR, и установили его родственные связи. Оказалось, что это типичный представитель обширного семейства микробных родопсинов.
При этом MAR — очень небольшой белок, состоящий всего из 220 аминокислотных остатков. Поэтому его сочли подходящей минималистической моделью ионной помпы. MAR имеет семь проходящих через мембрану спиралей (от A до G). Их соединяют короткие петли снаружи и внутри клетки, а молекула ретиналя пришита к спирали G.
Ученые охарактеризовали стадии фотоцикла протеородопсина MAR, а также изменения его структуры в зависимости от реакции среды.
«Нам удалось расшифровать структуру насоса MAR в невероятных подробностях, в том числе очень хорошо рассмотреть положения атомов в канале переноса протона. Более того, мы смогли получить структуры разных переходных состояний, благодаря чему установили, что в процессе транспорта ионов активный сайт белка попеременно доступен то из цитоплазмы, то из внеклеточного пространства, что объясняет действие белка. Вероятно, подобный механизм реализован и в других активируемых светом ионных насосах, хотя и не так наглядно», — прокомментировал Иван Гущин, руководитель лаборатории структурного анализа и инжиниринга мембранных систем МФТИ.
Telegram 
Дзен 
VK Сотрудники Центра языка и мозга НИУ ВШЭ приняли участие в редкой для детской нейрохирургии операции с пробуждением у 11-летнего пациента с фармакорезистентной эпилепсией. Совместно с врачами НПЦ специализированной медицинской помощи детям имени В.Ф. Войно-Ясенецкого в Солнцево они сопровождали удаление участка левой височной доли, где был выявлен эпилептический очаг.
Провинция Цзянсу была процветающим центром медицинской практики в Китае во времена династии Мин (1368-1644 годы нашей эры). Микроскопический анализ крошечных частиц на поверхности хирургических ножниц и пинцета из гробницы китайского врача помог выявить следы вещества, получаемого из ядовитого растения, которое, по мнению исследователей, применялось как местная анестезия во время операций.
Анализ ДНК и изотопный анализ зубов показали, что мужчина генетически был связан с саамскими популяциями, но часть жизни провел за пределами Финляндии — возможно, в Исландии. Авторы нового исследования пришли к выводу, что на рубеже XVI-XVII веков саамские сообщества не были изолированы, как предполагали многие исследователи. Люди путешествовали на далекие расстояния и поддерживали контакты с дальними регионами Северной Атлантики.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина предложили подход к отбору малодебетных нефтегазовых месторождений, которые составляют около 88% нераспределенного фонда нефтяных участков. Модель расчета поможет вовлечь в экономический оборот от 400 до 600 миллионов тонн ранее нерентабельных запасов.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно