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.
19 июня
55 минут
Александр Березин

Два миллиона лет назад планета вошла в состояние крайне необычной неустойчивости. Раз за разом она стирала экосистемы Африки с лица земли, отчего наши предки снова и снова оказывались в сложном положении. Семьдесят тысяч лет назад их число сократилось в десять раз — ударил другой, совершенно неожиданный фактор. Пару сотен тысяч лет назад не только человечество, но вообще все наземные виды могли погибнуть от еще более разрушительной силы. 12,9 тысячи лет назад множество людей умерли и миллионы квадратных километров полностью выгорели из-за взрывов в атмосфере и огненного дождя. Как именно наш вид пережил все это?

9 часов назад
9 минут
Мария Азарова

Тем временем жители России с трудом заставляют себя пройти вакцинацию хотя бы впервые, сильно отставая от населения других развитых стран.

19 июня
5 минут
Илья Ведмеденко

Снимки демонстрируют интерьер новой российской атомной многоцелевой субмарины — К-561 «Казань», принадлежащей к проекту 885М «Ясень-М».

19 июня
5 минут
Илья Ведмеденко

Снимки демонстрируют интерьер новой российской атомной многоцелевой субмарины — К-561 «Казань», принадлежащей к проекту 885М «Ясень-М».

19 июня
55 минут
Александр Березин

Два миллиона лет назад планета вошла в состояние крайне необычной неустойчивости. Раз за разом она стирала экосистемы Африки с лица земли, отчего наши предки снова и снова оказывались в сложном положении. Семьдесят тысяч лет назад их число сократилось в десять раз — ударил другой, совершенно неожиданный фактор. Пару сотен тысяч лет назад не только человечество, но вообще все наземные виды могли погибнуть от еще более разрушительной силы. 12,9 тысячи лет назад множество людей умерли и миллионы квадратных километров полностью выгорели из-за взрывов в атмосфере и огненного дождя. Как именно наш вид пережил все это?

Вчера, 07:35
9 минут
Мария Азарова

Китайские ученые воспроизвели модель мужской беременности млекопитающих на лабораторных крысах: результаты оказались успешными лишь отчасти, но все равно показали, что в таких случаях эмбрионы могут развиваться нормально. Мировое сообщество восприняло эксперимент с ужасом.

24 мая
23 минуты
Ольга Иванова

«Сексуальную революцию совершили задние сиденья автомобилей», – заявил в свое время американский общественный деятель Джерри Рубин. И ошибся. Раскрепощение нравов происходило задолго до появления машин, причем много раз. Оно напоминает движение маятника. Как и почему вершились «секшал революшнс» и стоим ли мы на пороге нового витка сексуальности или же нас ждет ужесточение морали? Об этом – в нашем материале.

9 июня
4 минуты
Ольга Иванова

Международная команда исследователей изучила геологию и условия существования самого большого моря в истории планеты — Паратетиса.

19 июня
5 минут
Илья Ведмеденко

Снимки демонстрируют интерьер новой российской атомной многоцелевой субмарины — К-561 «Казань», принадлежащей к проекту 885М «Ясень-М».

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: