Биофизики обнаружили «лишний» компонент в молекулярном моторе

Исследователи из Московского физико-технического института обнаружили дополнительный компонент в АТФ-синтазе — молекулярной машине, производящей энергосберегающее соединение во всех клеточных организмах. Новые уникальные особенности структуры АТФ-синтазы подробно описаны в статье в Scientific Reports.

Для хранения энергии живые клетки полагаются на молекулу АТФ. Её производит АТФ-синтаза — молекулярный мотор, состоящий из ротора и статора. Такие машины находятся во внутренних мембранах митохондрий и хлоропластов у большинства организмов, включая животных, растения и бактерии. Компонент ротора напоминает бочку, встроенную в биологическую мембрану. Эта «бочка», или C-кольцо, состоит из 8–17 так называемых протомеров. Их точное количество зависит от организма.

Исследователи из МФТИ и их коллеги из Гренобля (Франция) впервые получили высокоразрешенную структуру C-кольца из хлоропластов шпината. По мере создания 3D-компьютерной модели C-кольца биофизики заметили нечто особенное.

«Мы заметили дополнительные круглые элементы внутри C-кольца, — сказал аспирант МФТИ Алексей Власов из Научно-исследовательского центра молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний. — Сначала мы подумали, что это артефакт. Но когда мы просмотрели структуры C-кольца, полученные другими учёными для различных организмов, круги снова и снова появлялись».

Для исследователей стало неожиданностью, что предыдущие исследования не обращали внимания на круги внутри C-колец. До сих пор их природа оставалась необъяснённой.

«Это исследование говорит о том, что в науке нет незначительных деталей. Даже тонкая особенность, замеченная своевременно, может привести к прорывному открытию», — отметил Валентин Горделий, возглавляющий исследовательские группы в Институте структурной биологии в Гренобле (Франция) и Исследовательском центре Юлиха (Германия) и являющийся научным координатором НИЦ МФТИ.

Биофизики из МФТИ решили разгадать загадку C-кольца. Компьютерное моделирование и биохимические эксперименты показали, что кольцо содержит молекулы хинонов. Они действуют как переносчики электронов в биологических системах. Некоторые примеры — пластохинон, содержащийся в хлоропластах, и кофермент Q в митохондриях.

Биологам давно известно, что C-кольцо АТФ-синтазы не имеет «отверстия». Поэтому, хотя ожидалось, что внутри существуют некоторые молекулы, никто не был уверен, какие именно. Находка оказалась неожиданной: хиноны.

Хотя само открытие интересно, исследователям ещё предстоит определить, зачем C-кольцо содержит хиноны и как они туда попадают. Одна из теорий предполагает, что C-кольца могут функционировать как поры в мембранах митохондрий. Такой пор может открываться при запуске процесса гибели клетки. Могут ли хиноны в C-кольце убивать клетку? Это вопрос, на который предстоит ответить биологам МФТИ в своих дальнейших исследованиях.