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.
Растения приглушили выработку своей энергии ночью с помощью ионов
Для работы любой клетки необходимы АТФ, молекулы — хранилища энергии. Их создают АТФ-синтазы, особые ферменты, которые есть в том числе в хлоропластах растений. Ученые МФТИ выяснили, как солевой состав окружающего раствора влияет на активность и стабильность этого белка в хлоропластах шпината.
Статья опубликована в журнале Biochemistry (Moscow), Supplement Series A: Membrane and Cell Biology.
Живую клетку можно сравнить с заводом или другим предприятием, которое без остановки работает. Синтезирует одни вещества, разрушает другие, отстраивает опорные конструкции и делится, создавая свои копии. Все это требует затрат энергии, и ее необходимо бесперебойно обеспечивать.
Задачу решают специальные ферменты, то есть белки с каталитическими функциями. Аденозинтрифосфатсинтазы (АТФ-синтазы), как легко догадаться по названию, заняты синтезом тех самых «молекул-батареек» АТФ. Это даже не отдельные белковые молекулы, а крупные комплексы из ряда белков — субъединиц. Собственные АТФ-синтазы есть у всех живых клеток. Конструкция этой молекулярной машины может несколько различаться, но принципы работы универсальны.
АТФ-синтаза состоит из двух крупных частей. Одна из них погружена в толщу мембраны и называется Fo, другая находится в растворе внутри клетки и обозначена как F1 («головка»). Основа цитоплазматической части F1, которая растворима в воде, — это гетерогексамер, то есть комплекс из шести разных белковых молекул (по три чередующиеся альфа- и бета-субъединицы). Именно здесь происходит образование новых молекул АТФ. Мембранная часть комплекса Fo между тем работает как ротор, то есть вращающийся компонент механизма. Она состоит из расположенных по кругу одинаковых субъединиц. Fo и F1 соединены между собой двумя стержнями: это гамма-субъединица в центре и b-/b’-субъединицы на краю комплекса.
Как работает это хитроумное устройство? Ионы водорода проходят через мембранную часть АТФ-синтазы по градиенту концентрации. То есть с той стороны мембраны, где их больше, туда, где их меньше. Поток ионов вращает «ротор», который при помощи центрального стержня приводит в движение «головку» АТФ-синтазы. В результате та катализирует синтез АТФ из аденозиндифосфата (АДФ) и остатка фосфорной кислоты.
Примечательно, что АТФ-синтаза может также работать как АТФаза. То есть осуществлять обратный процесс — разрушать АТФ и извлекать из него энергию.
Ученые активно исследуют образование олигомеров АТФ-синтазы. То есть объединение таких молекулярных комплексов в еще более крупные, например димеры. Они описаны у митохондриальной АТФ-синтазы — она даже имеет особые субъединицы для такой сборки. Фермент из бактерий и хлоропластов — органелл растений, ответственных за фотосинтез, — таких лишены. Тем не менее авторы нового исследования ранее показали, что хлоропластная АТФ-синтаза тоже образует димеры, напоминающие по форме букву I. Для этого требуется высокая концентрация хлорида натрия.
На сей раз биофизики из Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ заинтересовались, как состав окружающего раствора сказывается на состоянии АТФ-синтазы и ее функциях. Они экстрагировали фермент из хлоропластов шпината и перенесли на липосомы — пузырьки из липидов, которые служат моделью реальных биологических мембран. Липосомы с АТФ-синтазой помещали в растворы солей — хлорида натрия NaCl, нитрата натрия NaNO3 и сульфата натрия Na2SO4 при разной концентрации.
Чтобы оценить поведение АТФ-синтазы, авторы замеряли скорость ее работы по росту концентрации АТФ. В среднем каждый фермент производил 0,04–0,07 молекулы АТФ за секунду, что примерно соответствует 20 секундам его «работы» для создания одного АТФ. Это намного меньшая скорость, чем была показана в предыдущих исследованиях АТФ-синтаз. Ученые объясняют разницу разрушением ферментов, потерей их активности по иным причинам и расхождениями в протоколах экспериментов.
Перенесенную на липосомы АТФ-синтазу шпината изучали при помощи нано-дифференциальной сканирующей флуориметрии (NanoDSF, nano-differential scanning fluorimetry). Это биофизический метод, позволяющий оценить изменчивость формы белка (в том числе его денатурацию) на основе флуоресценции его собственных аминокислот, а именно триптофана и тирозина. Сильная сторона NanoDSF — не нужно использовать дополнительные флуоресцентные красители.
Оказалось, что ионная сила раствора — мера интенсивности электрического поля, создаваемого всеми ионами в растворе, — при высоких значениях (более одного моль на литр) снижает активность АТФ-синтазы в два раза. При этом неважно, какие именно ионы создают такую ионную силу: эффект не зависел от используемой соли.
Температура плавления АТФ-синтазы — то есть ее денатурация, потеря фиксированной трехмерной формы — в растворах хлоридов натрия и калия с большими значениями ионной силы повысилась. А именно увеличилась с 60,5 градуса Цельсия примерно до 62 градусов.
«Одним из центральных вопросов в изучении белков остаются механизмы, регулирующие их активность. В нашем исследовании мы обнаружили, что ионная сила раствора способна влиять на работу хлоропластной АТФ-синтазы шпината. Мы предполагаем, что это может быть одним из способов, с помощью которого растение „выключает” АТФ-синтазу в ночное время (когда отсутствует свет). Тем не менее для окончательного подтверждения этого механизма требуются дальнейшие исследования», — поделился Степан Осипов, сотрудник лаборатории молекулярной клеточной биологии и оптогенетики МФТИ.
Telegram 
Дзен 
VK В поиске сигналов от внеземных цивилизаций ученые решили сосредоточиться не на целенаправленных посланиях человечеству, а на случайных «утечках информации» из межпланетного пространства гипотетической обитаемой системы. По расчетам, в определенные моменты до нас могут доходить сигналы внеземной космической связи. Кстати, благодаря «общению» Земли с марсианскими и другими зондами мы тоже постоянно невольно сообщаем о себе в глубокий космос.
Модель, представленная учеными из коллаборации DESI и Мичиганского университета (США), может перевернуть представления о происхождении темной энергии. Авторы нового исследования полагают, что черные дыры, поглощая вещество, постепенно преобразовывают его в энергию, гипотетически ответственную за расширение Вселенной.
Глава Российской академии наук Геннадий Красников рассказал в недавнем интервью о том, для чего мышам летать над полюсами Земли, в чем преимущества новой космической станции по сравнению с МКС, что предстоит проделать на Луне в ближайшее десятилетие и чем ученых продолжает интриговать Венера.
К 2025 году около 30 стран приняли программы по развитию водородной энергетики, а совокупный объем инвестиций в эту область превысил 150 миллиардов долларов. Эксперты полагают, что замена дизельных авто на водородные снизит выбросы на 80-90%, а водородные самолеты способны уменьшить углеродный след на 50-75%. Но при использовании водорода в двигателях внутреннего или внешнего сгорания, происходит взаимодействие с металлом, что наиболее опасно при высоких температурах. Это может вызвать их разрушение, в результате чего возникает риск пожара или взрыва с тяжелыми последствиями для пассажиров. Ученые Пермского Политеха впервые выяснили, как водород влияет на металлы в условиях экстремальных температур (800 градусов и выше), в которых работают двигатели самолетов и машин. Это продвинет авиационную, машиностроительную и нефтегазовую отрасли в безопасном использовании водорода в качестве источника энергии.
Ученые обнаружили косвенные доказательства существования мира размером с Землю за орбитой Нептуна. Эта гипотетическая планета отличается от предполагаемой Девятой планеты не только размером, но и гравитационным влиянием на другие объекты.
Большие кошки (Pantherinae) обычно охотятся на животных своего или меньшего размера. У снежных барсов, как выяснилось, другие предпочтения. Новое исследование показало, что ирбисы чаще нападают на взрослых горных козлов, которые как минимум вдвое превосходят хищников в весе. Ученые объяснили, с чем может быть связан такой выбор добычи.
Примерно 12 800 лет назад в Северном полушарии началось резкое изменение климата, которое сопровождалось вымиранием мегафауны и угасанием культуры Кловис. Такое могло произойти, например, из-за прорыва пресных вод в Атлантику или мощного вулканического извержения. Несколько лет назад ученые обнаружили места на суше с повышенным содержанием элементов платиновой группы, прослоями угля, микрочастицами расплава. По их мнению, это может быть признаком пребывания Земли в потоке обломков кометы или астероида. В новой работе впервые представлены доказательства кометного события в позднем дриасе из морских осадочных толщ.
Возраст находок — около 5500 лет, они лежат во множестве круглых ям, чьи стены укреплены кирпичом. Среди обнаруженных орудий из кремня есть и сотни неиспользованных, которые могут быть ритуальным подношением богам.
Гостингом (от английского «призрак») называют ситуацию, когда человек прекращает общение или отношения, «пропадая с радаров» без объяснения причин. Исследователи из США сымитировали такое поведение, а затем проанализировали реакцию людей на него.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
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