Бактерии направляют поток электронов для эффективной выработки энергии

Москва, 15:15, 15 Май 2018, редакция FTimes.ru, автор Евгения Ковалева.

Биохимики из Иллинойского университета изолировали белковый суперкомплекс из бактериальной мембраны, который, как батарейка, генерирует в ней напряжение.

Ток используется для производства аденозинтрифосфата, ключевого компонента цикла обмена энергии и веществ, сообщает sciencedaily.com. Исследование, представленное в Nature, создаст основу для будущих работ по определению атомных структур крупных мембранных белковых суперкомплексов.

«Благодаря миллиардам лет эволюционного опыта, бактерии научились выживать в меняющихся средах, — сказал профессор Роберт Геннис, возглавлявший проект с коллегой, профессором Эмадом Тайхоршидом. – Большинство имеют способность модифицировать, заменять или комбинировать молекулярные инструменты, соответствующие новым потребностям. Иногда это происходит за время жизни одной клетки. Инструменты включают ферменты, катализирующие химические реакции для выполнения определенных заданий».

Необходимую для этого энергию бактерии получают, транспортируя электроны от молекул пищи в кислород, так же, как это происходит в растительных и животных клетках. В процессе частицы проходят различные ферменты. Обычно энзим отдает электрон при случайном столкновении с другим энзимом. Исследователи показали, что при определенных условиях природа убирает потребность в этом этапе, склеивая ферменты и формируя «суперкомплексы». Каждая часто структуры может генерировать напряжение, но при этом они должны функционировать последовательно.

«Логично, что они будут работать как один блок, чтобы обеспечить быструю передачу электрона в заданный пункт, — сказал Геннис. – Суперкомплексы, вероятно, играют важную роль во всех цепочках транспорта электронов. Но в большинстве случаев попытки изолировать их оканчивались неудачно, так как структуры распадались. Нам повезло изучать флавобактерию, у которой суперкомплексы отличаются стабильностью».

Вместо стандартного подхода с применением очищающего агента, команда использовала промышленный полимер, разновидность сырья для пластика. С его помощью ученые извлекли и изолировали суперкомплекс за одни быстрый шаг. С помощью коллег из Университета Торонто и Центра структурной биологии Нью-Йорка, команда использовала криоэлектронную микроскопию для определения расположения компонентов структуры.

«Эволюция создала очень эффективную наномашину, которая также прекрасно выглядит. И мы смогли увидеть, как она работает», — подытожил Геннис.