Изучено «тиканье» белка, задающего ритм внутренним часам организма — Naked Science
5 минут
Редакция

Изучено «тиканье» белка, задающего ритм внутренним часам организма

Суточным колебаниям активности подчиняется не только наш цикл сна и бодрствования: циркадные ритмы действуют на каждую клетку нашего организма. И не только нашего – недаром типичным объектом для их изучения выступают фотосинтезирующие цианобактерии. Разумеется, изменения освещенности служат основным сигналом, задающим темп этим цикличным колебаниям, однако точный отсчет ведут внутренние механизмы клетки. Судя по универсальности циркадных ритмов, механизмы эти очень древние и близкие у разных организмов. Поэтому белки Kai, обнаруженные у цианобактерий, способны многое рассказать о том, как устроены внутренние часы и у человека.

538a388aba37955a0af052b6_0_35-140157030818
©Wikipedia

Если действительно проводить параллель между циркадными ритмами и часами, то астрономические сутки можно сравнить с энергией подвешенного груза или взведенной пружины. Увеличение или снижение освещенности запускает механизм – но в точный отсчет, в сбалансированный ход эту энергию превращает колеблющийся маятник. Эту функцию выполняют белки CLOCK и BMAL1, период существования которых составляет почти ровно 24 часа: как только содержание их падает ниже определенного уровня, для клетки начинается «новый день».
 
Однако этот механизм, открытый около года назад, недостаточно точен, он позволяет лишь грубо оценить ход времени, как часовая стрелка. На роль более точной «минутной стрелки» подошел бы белок, способный к регулярным конформационным изменениям – то есть «переключению» из одной формы в несколько другую, а затем обратно. Однако для большинства таких белков период колебаний составляет доли секунды. Слишком мало, слишком быстро.
 
Лишь недавно были обнаружены белки Kai с невероятно длинным периодом конформационных колебаний – точнее говоря, три белка, KaiA, KaiB и KaiC, – которые задают эти ритмы. «Достаточно добавить к этим белкам «внутренних часов» цианобактерий молекулы – носители энергии, и пробирка, условно говоря, начнет «тикать». По ней можно узнать время, – говорит изучивший систему белков Kai профессор Энди ЛиВон (Andy LiWang). – Но как она работает, сохраняя 24-часовой цикл?»
 
Основной загадкой является момент перехода между чрезвычайно быстро развивающимися процессами на уровне отдельных молекул и сравнительно медленным ритмом, которые они задают. Изучив структуру белка KaiC, профессор ЛиВон и его команда показали, что клетка искусственно замедляет его работу. Он, как и прочие ферменты, связывается с носителем энергии – молекулой АТФ – и, разрезав ее, способен мгновенно изменить свою пространственную структуру. Однако у белка KaiC этот процесс нарушен: форма его активного участка устроена так, что он довольно надежно удерживает молекулу воды как раз в месте связывания АТФ. Реакция проходит с трудом, и каждый цикл конформационных изменений требует у белка в миллионы раз больше времени, чем обычно.
 
Даже температура на этот процесс оказывает мало влияния: цикл работы KaiC составляет 26,1 часа (или 0,91 колебания в сутки). Забавно, что наши собственные внутренние часы, как известно, должны постоянно «сверяться» с внешним освещением, иначе они сбиваются, слегка отставая. Показано, что внутренние механизмы задают нам сутки продолжительностью чуть больше 24 часов. Возможно, виной тому такой же «заторможенный» белок, как и KaiC у бактерий.
 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
7 часов назад
12 минут
Мария Азарова

Президент подчеркнул, что препарат, созданный российскими специалистами, успешно прошел все этапы испытаний и доказал свою эффективность в борьбе с вирусом.

Вчера, 15:11
9 минут
Мария Азарова

Будут ли в России осенью вновь вводить ограничения по Covid-19? Есть ли люди, перенесшие коронавирус, но организм которых почему-то не выработал антитела? На эти и многие другие вопросы попытался ответить российский ученый-медик Арег Тотолян.

7 часов назад
5 минут
Сергей Васильев

Яркие пятна на поверхности Цереры оказались выбросами льда и минералов, поднятых из недр карликовой планеты, где скрывается обширный резервуар насыщенной солями жидкости.

7 часов назад
12 минут
Мария Азарова

Президент подчеркнул, что препарат, созданный российскими специалистами, успешно прошел все этапы испытаний и доказал свою эффективность в борьбе с вирусом.

6 августа
31 минута
Николай Цыгикало

Трагическая новость о взрыве огромной силы в Бейруте, занявшая первые строчки новостных ресурсов, вызывает естественные вопросы: как это могло произойти, что там взорвалось, в силу каких факторов возможны подобные происшествия? Чтобы разобраться, взглянем пристальнее на свойства аммиачной селитры и связанные с ней опасные моменты.

Вчера, 15:11
9 минут
Мария Азарова

Будут ли в России осенью вновь вводить ограничения по Covid-19? Есть ли люди, перенесшие коронавирус, но организм которых почему-то не выработал антитела? На эти и многие другие вопросы попытался ответить российский ученый-медик Арег Тотолян.

22 июля
66 минут
Александр Березин

С 2064 года численность людей начнет сокращаться — и этот процесс может быть необратим. Один из авторов соответствующей научной работы прямо указывает: если ничего не изменится, через несколько веков человечество вымрет. Однако есть вещи и похуже вымирания. Куда вероятнее иной сценарий: мир будет заселен теми, кто сможет размножаться в новых культурных условиях. К сожалению, значительная часть современных европейцев, американцев и, возможно, других народов будут вытеснены с первых страниц истории. Вдобавок те, кто победят в этой непростой борьбе, нам, сегодняшнему населению Земли, могут сильно не понравиться. Попробуем разобраться почему.

12 июля
28 минут
Илья Ведмеденко

Программа ПАК ДП (перспективный авиационный комплекс дальнего перехвата) привлекает к себе все больше внимания. Разберемся, что это такое и появится ли у России новый боевой самолет.

31 июля
9 минут
Sergei Sobol

Сейчас, когда многие вокруг задумываются, а не попробовать ли что-то новое и не сменить ли профессию, программирование точно одно из тех направлений, к которому стоит присмотреться. Может, вы об этом уже думали?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: