Выделен древнейший фермент клеточного дыхания
В первый миллиард лет на Земле не было кислорода. Жизнь развивалась в бескислородной среде. Ранние бактерии, вероятно, получали энергию путем расщепления различных веществ с помощью ферментации. Однако, по-видимому, существовало и своего рода "бескислородное дыхание". Это предположение возникло в результате исследований древних микробов, которые до сих пор встречаются в бескислородных средах.
"Мы уже десять лет назад видели, что у этих микробов есть гены, которые, возможно, кодируют фермент примитивного дыхания. С тех пор мы — как и другие группы по всему миру — пытались доказать существование этого дыхательного фермента и выделить его. Долгое время безуспешно, потому что комплекс был слишком хрупким и распадался при каждой попытке выделить его из мембраны. Мы находили фрагменты, но не могли собрать их воедино", — объясняет профессор Фолькер Мюллер из Института молекулярной микробиологии и биоэнергетики Университета Гёте.
Благодаря упорной работе и настойчивости его аспиранты Мартин Кунс и Драган Трифунович в ходе двух последовательных диссертационных работ добились прорыва. "В отчаянии мы в какой-то момент взяли термофильную бактерию Thermotoga maritima, которая растет при температурах от 60 до 90°C", — объясняет Трифунович. "Thermotoga также содержит гены Rnf, и мы надеялись, что фермент Rnf у этой бактерии будет немного стабильнее. За последующие годы нам удалось разработать метод выделения всего фермента Rnf из мембраны этих бактерий".
Как сообщают исследователи в своей статье, ферментный комплекс функционирует подобно гидроаккумулирующей электростанции, которая перекачивает воду в озеро наверху и производит электричество через турбину из воды, стекающей обратно вниз.
Только в бактериальной клетке фермент Rnf (биохимическое название = ферредоксин:НАД-оксидоредуктаза) транспортирует ионы натрия из внутренней части клетки через клеточную мембрану наружу, создавая при этом электрическое поле. Это электрическое поле используется для приведения в действие клеточной "турбины" (АТФ-синтазы): она позволяет ионам натрия течь обратно вдоль электрического поля внутрь клетки, получая при этом энергию в форме клеточной энергетической "валюты" — АТФ.
Биохимическое доказательство и биоэнергетическая характеристика этого древнего фермента Rnf объясняют, как первые формы жизни производили центральную энергетическую "валюту" АТФ. Фермент Rnf, очевидно, работает настолько хорошо, что до сих пор содержится во многих бактериях и некоторых археях, в том числе в некоторых патогенных бактериях, где роль фермента Rnf все еще совершенно неясна.
"Таким образом, наши исследования выходят далеко за рамки изучаемого организма Thermotoga maritima и чрезвычайно важны для бактериальной физиологии в целом", — объясняет Мюллер, добавляя, что теперь важно точно понять, как работает фермент Rnf и какую роль играют его отдельные части. "Я рад сообщить, что мы уже на пути к этому, поскольку теперь можем сами производить фермент Rnf с помощью методов генной инженерии", — продолжает он.