Біофізики виявили зайву деталь у молекулярному моторі

Загальний вид додаткових елементів всередині С-кільця з різних ракурсів: (A) - вид збоку, (B) - зріз С-кільця, (C) - вид зверху, (D) - деталі додаткових елементів всередині С-кільця. Спіралями показані альфа-спіралі білкових С-суб'єдиниць.

Додаткову деталь у знаменитій молекулі АТФ-синтази знайшли вчені з МФТІ. У роботі, опублікованій в журналі Scientific Reports, показано унікальні особливості структури цього універсального молекулярного мотора, який виробляє енергію для всіх клітинних форм життя.

АТФ-синтаза - справжній «мотор» молекулярного масштабу, що складається з ротора і статора. Цей мотор працює у внутрішній мембрані мітохондрій і хлоропластів. У процесі роботи АТФ-синтазу виробляє молекули АТФ - універсальної енергетичної валюти живих клітин. Молекулярний ротор цього мотора схожий на бочонок, занурений у біологічну мембрану. Цей бочонок утворений білковими С-суб'єдиницями (від 8 до 17 штук у різних організмів), розташованими кільцем. Така структура носить назву С-кільця.

Вчені з МФТІ спільно з колегами з французького Гренобля вперше з високою роздільною здатністю розшифрували структуру С-кільця з хлоропластів шпинату. У процесі побудови тривимірної комп'ютерної моделі С-кільця біофізики помітили незвичайну деталь.

"Ми виявили додаткові елементи у вигляді окружностей всередині С-кільця. Спочатку ми подумали, що це артефакт. Але, переглядаючи структури С-кілець різних організмів, отриманих іншими авторами, ми бачили ці окружності знову і знову ", - розповідає Олексій Власов, аспірант МФТІ, співробітник центру дослідження молекулярних механізмів старіння і вікових захворювань МФТІ. Найбільше Олексія і його колег здивувало, що інші автори у своїх роботах не звертали уваги на окружності всередині С-кільця і не досліджували їхню природу.

"Дана робота - яскравий приклад того, що в науці немає дрібниць. Навіть незначна деталь, будучи вчасно поміченою, може призвести до революційного відкриття ", - зауважує Валентин Горделій, керівник наукових груп в Інституті структурної біології в Греноблі і в Дослідницькому центрі Юліха і науковий координатор Центру досліджень молекулярних механізмів старіння і вікових захворювань МФТІ.

Перед біофізиками з МФТІ постало непросте завдання - розгадати загадку С-кільця. Результати моделювання та біохімічних експериментів показали, що всередині нього знаходяться молекули хінонової природи. Хінони в біологічних системах є переносниками електронів. Так, у мітохондріях присутні убіхінони, а в хлоропластах - пластохінони.

Біологам давно очевидно, що всередині С-кільця АТФ-синтази немає «дірки», що порожнина чимось заповнена. Однак відповідь на питання: «Що всередині С-кільця?» виявився досить несподіваним: хінони. Що роблять хінони всередині С-кільця і як вони туди потрапляють, дослідникам тільки належить з'ясувати. Однак сам факт їх наявності вкрай цікавий для біологів. Так, існує теорія, що С-кільце може ставати часом в мембрані мітохондрій. Відкриття пори всередині мітохондрій відбувається при запуску процесу клітинної загибелі. Чи здатні хінони всередині С-кільця вбити клітку? Це біофізикам належить дізнатися.