Как транспортный белок переносит АДФ и АТФ в митохондриях и из них
Ученые из MRC-MBU в Кембридже (Великобритания) выяснили, как ключевой транспортный белок — митохондриальный переносчик АДФ/АТФ — транспортирует аденозинтрифосфат (АТФ), химическое «топливо» клетки. Этот процесс жизненно важен для поддержания жизни каждую секунду. Работа поможет понять, как мутации влияют на функцию этих белков, приводя к ряду нервно-мышечных, метаболических и развивающих заболеваний.
Митохондрии — энергетические станции клеток. Ежедневно человеку требуется количество АТФ, равное массе его тела, для всех клеточных процессов. Нервные импульсы, мышечное сокращение, репликация ДНК и синтез белка — примеры процессов, зависящих от поставок АТФ. Поскольку в организме его мало, АТФ постоянно воссоздается из продукта расхода — аденозиндифосфата (АДФ) и фосфата — с помощью ферментного комплекса АТФ-синтазы, расположенного в митохондриях. Таким образом, каждая молекула АТФ перерабатывается примерно 1300 раз в день. Чтобы АДФ достиг фермента, а продукт АТФ вернулся в клетку, каждой молекуле необходимо пересечь непроницаемую липидную мембрану, окружающую митохондрии. Митохондриальный переносчик АДФ/АТФ участвует в транспорте АДФ внутрь и АТФ наружу.
Переносчик циклирует между двумя состояниями:
- Цитоплазматически-открытое состояние: центральный сайт связывания доступен для связывания АДФ.
- Матрично-открытое состояние: сайт связывания доступен для связывания вновь синтезированного АТФ.
Ключевым вопросом было, как белок переключается между этими состояниями, меняя форму для специфичного транспорта АДФ и АТФ, не позволяя другим малым молекулам или ионам просачиваться через мембрану.
В статье "The molecular mechanism of transport by the mitochondrial ADP/ATP carrier", опубликованной в Cell, описано, как ученые определили структуру переносчика, зафиксированного в матрично-открытом состоянии. Для этого использовали:
- Бонкрековую кислоту — летальный токсин, который связывается с белком и останавливает его работу.
- Технологию нанотел — фрагментов антител ламы, специфично связывающихся с матрично-открытым состоянием.
Структура комплекса переносчик-нанотело со связанной бонкрековой кислотой была определена методом рентгеновской кристаллографии. Вместе с более ранними структурами цитоплазматически-открытого состояния это открытие раскрывает работу переносчика на атомном уровне. Белок невероятно динамичен и использует шесть подвижных элементов для транспорта АДФ или АТФ через мембрану уникальным и тщательно организованным способом.
Переносчик АДФ/АТФ — лишь один член большого семейства родственных транспортных белков, переносящих разные соединения через мембрану митохондрий. Ученые полагают, что этот механизм, вероятно, работает аналогично для всего семейства. Многие заболевания связаны с дисфункцией этих переносчиков, и теперь впервые понятно, как мутации влияют на их молекулярную функцию.