Механизм натрий-калиевого насоса раскрыт
Исследователи из Орхусского университета совместно с японской группой установили структуру ключевого фермента — так называемого натрий-калиевого насоса, который присутствует в каждой клетке человеческого тела. Результат, недавно опубликованный в Nature, может проложить путь к лучшему пониманию неврологических заболеваний.
На его работу может уходить до 40% энергии организма. Насос постоянно функционирует в каждой клетке всех животных и людей, действуя как небольшая батарея, которая, среди прочего, поддерживает баланс натрия, критически важный для работы мышц и нервов.
Натрий-калиевый насос выводит натрий из клетки и закачивает в неё калий в фиксированном цикле. Во время этого процесса структура насоса меняется. Известно, что насос имеет натриевую и калиевую формы, но структурные различия между ними оставались загадкой, и исследователи не могли объяснить, как насос различает натрий и калий.
Структура решает загадку
Благодаря международному сотрудничеству группы профессора Чикаши Тойошимы из Токийского университета и исследователей из Орхусского университета, теперь описана структура натрий-связанной формы белка. Впервые ионы натрия можно изучать с разрешением 0.28 нанометра, что позволяет фактически увидеть ионы натрия и наблюдать, где они связываются в структуре насоса. В 2000 году группа профессора Тойошимы впервые описала структуру кальциевого насоса, а в 2007 и 2009 годах группы из Орхусского университета и группа Тойошимы описали калий-связанную форму натрий-калиевого насоса.
«Новая структура белка показывает, как связываются более мелкие ионы натрия и впоследствии транспортируются из клетки, в то время как доступ немного более крупных ионов калия блокируется. Теперь мы понимаем, как насос различает натрий и калий на молекулярном уровне. Это большой скачок вперёд для исследований ионных насосов и может помочь понять и лечить серьёзные неврологические состояния, связанные с мутациями натрий-калиевого насоса, включая одну из форм паркинсонизма и синдром альтернирующей гемиплегии детского возраста, при котором нарушено связывание натрия», — объясняет профессор Бенте Вильсен из Орхусского университета.
Впечатлённый нобелевский лауреат
Жизненно важный насос был открыт в 1957 году профессором Йенсом Кристианом Скоу из Орхусского университета, получившим за это открытие Нобелевскую премию в 1997 году. Новый результат — кульминация пяти или шести десятилетий исследований, направленных на понимание механизма этого жизненно важного «мотора» клеток.
«Теперь исследователи описали структуру, которая позволяет ферменту идентифицировать натрий, и это может проложить путь к более детальному пониманию того, как работает насос. Это впечатляющее достижение, о котором я даже не смел мечтать», — заключает 94-летний Йенс Кристиан Скоу.