Российские ученые изучили разнообразие белковых роторов
Ранее, для расшифровки структур белков использовали сложные и дорогостоящие экспериментальные методы. Исследователи из МФТИ предложили новый подход для предсказания структур больших белковых комплексов. Метод опробовали для предсказания свойств ферментов АТФ-синтаз, ключевых для энергетики любой живой клетки.
Работа опубликована в журнале PROTEINS: Structure, Function, and Bioinformatics. АТФ-синтаза использует потенциал на мембране для синтеза молекул аденозинтрифосфата (АТФ) — универсального «топливного элемента» живых систем. Этот фермент можно сравнить с электрическим мотором: у него есть неподвижная часть — статор и вращающаяся — ротор, который также называют с-кольцо. Ионы, переносимые АТФ-синтазой через мембрану, способствуют вращению ротора и синтезу АТФ статором. Сам ротор состоит из повторяющихся частей (с-субъединиц), количество которых и определяет, сколько ионов будет проходить через мембрану за один оборот и какого потенциала достаточно для работы белка.
Известны АТФ-синтазы, содержащие от восьми до 17 с-субъединиц. рентгеновскую кристаллографию или крио-электронную микроскопию. Однако развитие методов машинного обучения привело к созданию ряда прорывных подходов, в том числе и для предсказания белковых структур. Разработчики наиболее известного из них — AlphaFold — в 2024 году были удостоены Нобелевской премии по химии. При этом обычный AlphaFold не очень хорошо работает с большими белковыми комплексами, к которым относятся и АТФ-синтазы.
В своей работе исследователи из МФТИ предложили новый подход на основе AlphaFold, который позволил уверенно предсказывать количество субъединиц в белковых комплексах с вращательной симметрией. Для известных данных корреляция между предсказанием и экспериментальными значениями превзошла 90 процентов. Более того, подход оказался очень быстрым, благодаря чему стало возможно оценить количество субъединиц в АТФ-синтазах очень разных живых организмах.
«Самое неожиданное в наших результатах — это предсказание существования в природе микроорганизмов с очень крупным с-кольцом у АТФ-синтаз, в котором может быть до 27 повторяющихся субъединиц! Ранее в экспериментах ученые находили максимум 17 с-субъединиц. Что важно, моделирование методом молекулярной динамики подтверждает результаты этих предсказаний», — говорит Степан Осипов, первый автор опубликованной работы, аспирант Физтех-школы физики и исследований имени Ландау МФТИ.
Зачем природе нужны такие необычно большие с-кольца, если более «стандартные» роторы также демонстрируют высокую эффективность? Ответ на этот вопрос тесно связан с тем, в каких условиях обитают эти организмы. Возможно, они существуют при высоких температурах или в агрессивных средах, в которых постоянно теряют ионы через свои мембраны. Или дело может быть в малом энергетическом потенциале на мембране — тогда высокая кратность повторений в с-кольце призвана лучше «ловить» редкие протоны или ионы натрия. Подобные крупные роторы «потратят» больше протонов за один оборот, но позволят синтезировать АТФ при значительно меньших трансмембранных потенциалах. Чтобы проверить эти предположения, потребуются уже экспериментальные исследования реальных микроорганизмов, у которых по расчетам должны быть такие необычные с-кольца АТФ-синтаз.
«Это также означает, что для многих областей биотехнологии открываются новые возможности. К примеру, если научиться конструировать молекулярные “двигатели” с заданными параметрами, можно целенаправленно подстраивать эффективность энергетического обмена в клетках, создавать микроорганизмы для производства различных соединений в условиях, где традиционные штаммы не выживают», — комментирует Алексей Власов, старший научный сотрудник, и.о. заведующего лаборатории молекулярной клеточной биологии и оптогенетики МФТИ.
«Наша работа подсвечивает важность вычислительных алгоритмов на основе машинного обучения и искусственного интеллекта в современной структурной биологии, а также открывает новые возможности для поиска интересных белков в геномных данных и инженерии новых белков с заданными свойствами», — подытоживает Иван Гущин, исполнительный директор Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда и Министерства науки и высшего образования России.
Telegram 
Дзен 
VK Иногда лучшая помощь природе — просто оставить ее в покое и не мешать. Британские экологи доказали, что заброшенная фермерская пашня способна без миллионных затрат и покупных семян превратиться в роскошный цветущий луг. Для этого потребовалось лишь 11 лет времени и обычный ежегодный покос травы.
Некоторые опасные для здоровья химические вещества продолжают обнаруживать в окружающей среде спустя десятилетия после того, как их использование решили ограничивать. Масштабный обзор европейских данных показал, где именно сохраняются эти загрязнители и насколько массовым было их распространение.
Ни один регион на Земле не обладает стопроцентной устойчивостью ко всем возможным глобальным катастрофическим рискам. Тем не менее существует место, имеющее максимальный запас прочности в такой ситуации, — и это Австралия.
Биологи провели молекулярный анализ тканей человеческого мозга и выяснили, что при тяжелой депрессии останавливается процесс образования новых нейронов. Открытие показало, что природа заболевания кроется не только в химическом дисбалансе нейромедиаторов, но и в физическом нарушении клеточного обновления гиппокампа.
Приблизительно 130 миллионов лет назад, когда по земле бродили динозавры, какое-то млекопитающее пробежало по влажной песчаной дюне на территории современной южной части Бразилии. Размер оставленных этим древним существом следов поразил палеонтологов.
Проблемы с дыханием во время сна могут отражаться не только на самочувствии днем, но и на интимной жизни мужчин. Новый метаанализ показал, что по мере усугубления таких нарушений во сне показатели эректильной функции снижаются.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
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