Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
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 Ученые давно знают как с хорошим приближением прогнозировать рост поверхностей. Но экспериментально подтвердить точное соответствие реальных процессов и модели — гораздо более сложная задача, у которой, тем не менее, есть решение.
Микробиологи вырастили неизвестный ранее вид Асгард-архей из гиперсоленых микробных матов и впервые сделали 3D-снимки их прямого физического контакта с симбиотическими бактериями. Анализ томограмм показал встречное структурное движение: археи формируют сложную сеть из нитей и отпочковывающихся мембранных пузырьков, а бактерии прокладывают к этой сети прямые белковые нанотрубки. Визуализация подтверждает гипотезу о том, что эукариотические клетки возникли в результате тесного физического и метаболического переплетения двух микроорганизмов.
Энтомологи сравнили устойчивость коммерческих и диких гибридных медоносных пчел к главному паразиту ульев — клещу варроа. Полевые и лабораторные тесты показали, что гибриды заражаются в пять раз реже, поскольку их личинки не нравятся паразитам. Пчела-гибрид выживает без регулярных химических обработок и, что важно для пчеловодов, сохраняет миролюбивый характер.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Ученые давно знают как с хорошим приближением прогнозировать рост поверхностей. Но экспериментально подтвердить точное соответствие реальных процессов и модели — гораздо более сложная задача, у которой, тем не менее, есть решение.
Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
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