В МФТИ пролили свет на перенос ионов живыми клетками

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications. Перенос ионов является ключевым процессом в живых клетках. Наши клетки поддерживают свою жизнедеятельность путем поглощения в себя полезных веществ и выделения наружу бесполезных или токсичных. Среди полезных веществ есть ионы, они важны и для жизни клетки, и для ее энергетики, а для некоторых клеток, в том числе нейронов, они способствуют передаче сигнала через мембрану.

«Родопсин SyHR оказался очень интересен для науки с фундаментальной точки зрения, но не менее важно и его возможное практическое применение. Генетически модифицируя клетки, мы можем добавлять в них родопсины, и затем управлять процессами в них при помощи света. В нашей статье описан родопсин, который способен переносить анионы — отрицательно заряженные ионы.

Управление клеткой с помощью света может приблизить нас к лечению ряда болезней, которые связаны с нарушением передачи нервных сигналов и могут вызвать потерю зрения или слуха. Помимо этого, люди мечтают о прямом интерфейсе между компьютером и мозгом человека, что возможно осуществить с помощью микробных родопсинов. Обеспечив процесс передачи сигнала от светодиода в нейрон, живую клетку, мы в будущем сможем создать связь с необходимым гаджетом или восстановить нейронные связи в мозге», — рассказал об исследовании один из соавторов — Иван Гущин, руководитель лаборатории структурного анализа и инжиниринга мембранных систем МФТИ.

Микробные родопсины выполняют разнообразные функции, такие как активный и пассивный транспорт ионов, передача сигнала и другие. При поглощении света в родопсине запускается процесс изменений в структуре и спектре поглощения, известный как фотоцикл. Во время фотоцикла родопсин проходит несколько метастабильных промежуточных состояний. Переходы между этими состояниями приводят к структурным перестройкам белка и тем самым определяют его функцию.

Структурное исследование SyHR помогает понять, что заставляет родопсины перекачивать двухвалентные ионы. Ученые представили кристаллическую структуру SyHR в основном состоянии, структуру его сульфат-связанной формы, а также двух промежуточных состояний фотоцикла. Эти данные раскрывают молекулярные основы уникальных свойств белка, в частности исключительно сильного связывания ионов хлора, и проливают свет на механизм высвобождения и поглощения анионов.

ФизТех

427 статей

Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.

Показать больше