Клеточные командные игроки: новые данные о генерации энергии белком теплового шока Hsp90

Многие ферменты работают только с "ко-тренером". Учёные из Технического университета Мюнхена и кластера передовых исследований Nanosystems Initiative Munich показали, как выглядит такое сотрудничество в деталях, применив новую методологию к белку теплового шока Hsp90.

Белок теплового шока Hsp90 контролирует правильное сворачивание других белков. Вместе со второй молекулой — ко-шапероном P23 — он расщепляет источник энергии АТФ, чтобы высвободить необходимую для работы энергию. Однако взаимодействие между P23 и АТФ связано со значительно менее заметными изменениями состояния, чем обычные ферментативные реакции.

Команда под руководством профессора Торстена Хугеля впервые смогла детально наблюдать эту реакцию шаг за шагом в молекуле Hsp90, белке P23 и АТФ.

Прямая трансляция молекулярных процессов

Для этого команда адаптировала методологию FRET (фёрстеровский резонансный перенос энергии). Подход использует флуоресцентные пигментные молекулы, связанные с определёнными участками компонентов. Когда эти комплексы возбуждают светом определённой длины волны, пигменты начинают флуоресцировать в своего рода цепной реакции. Испускаемый флуоресцентный свет показывает точное расстояние между помеченными участками вплоть до нанометра.

Биофизики наблюдали позиции и последовательности связывания отдельных молекул в течение нескольких минут. Из полученных данных они могли вывести даже мельчайшие изменения, а также биологическую функцию всего комплекса.

Генерация энергии как командная работа

Мюнхенские исследователи успешно продемонстрировали в деталях, что белок P23 укрепляет связывание АТФ, тем самым значительно увеличивая количество используемой энергии. Они также показали, что два вещества так эффективно связываются с Hsp90 только в команде, что позволяет успешно использовать расщепление АТФ.

"Без P23 фермент теплового шока фактически работает на холостом ходу, — объясняет Бьёрн Хелленкамп. — Когда P23 вступает в игру, это похоже на переключение передачи. Энергия высвобождается, и реакция явно движется в одном направлении. Это называется направленностью".

В ближайшем будущем биофизики хотят детально исследовать, как Hsp90 использует полученную энергию. Новая методология также позволяет им исследовать другие многокомпонентные системы с механизмами, которые ускользали от изучения из-за минимальных конформационных изменений.