Изучено «тиканье» белка, задающего ритм внутренним часам организма — Naked Science
29.06.2015
5 минут
Редакция
170

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

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 фрагмет и нажмите Ctrl + Enter.
Позавчера, 14:48
8 минут
Мария Азарова

Специалисты подтвердили, что очагом возникновения инфекции стал оптовый рынок в городе Ухань, где продавали не только морепродукты, но и животных, в том числе змей и летучих мышей. Именно они могли быть источниками опасного коронавируса.

Вчера, 13:27
35 минут
Александр Березин

Новый коронавирус — «родственник» старой атипичной пневмонии — уже привел к смерти 26 человек. Считается, что им может быть заражено несколько тысяч. И точно известно, что эпидемия вышла за пределы Китая. Но это не повод впадать в панику. Мы собрали всю известную информацию и попробовали ответить на главные вопросы о новой болезни.

Вчера, 14:57
3 минуты
Денис Гордеев

Вирус, который уже унес жизни 41 человека, породил новую волну популярности к игре 2012 года.

Вчера, 13:27
35 минут
Александр Березин

Новый коронавирус — «родственник» старой атипичной пневмонии — уже привел к смерти 26 человек. Считается, что им может быть заражено несколько тысяч. И точно известно, что эпидемия вышла за пределы Китая. Но это не повод впадать в панику. Мы собрали всю известную информацию и попробовали ответить на главные вопросы о новой болезни.

Позавчера, 14:48
8 минут
Мария Азарова

Специалисты подтвердили, что очагом возникновения инфекции стал оптовый рынок в городе Ухань, где продавали не только морепродукты, но и животных, в том числе змей и летучих мышей. Именно они могли быть источниками опасного коронавируса.

21 января
1 минута
Илья Ведмеденко

В Соединенных Штатах провели церемонию спуска на воду USS Cooperstown (LCS 23) — корабля прибрежной зоны Littoral Combat Ship типа Freedom. В скором времени он пополнит состав ВМС США.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Исследователей в очередной раз удивили привычки кошек: как оказалось, они не прочь питаться одним человеческим трупом на протяжении месяца, несмотря на наличие других тел.

18 января
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

7 января
44 минуты
Александр Березин

Вашингтон и Тегеран близки к войне как никогда за последние годы. Но, скорее всего, США не пойдут дальше ограниченных ударов. Слишком уж неприятные последствия имели предшествующие силовые операции Штатов в Иране. Попробуем разобраться, что именно их остановит на этот раз.

[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: