Учёные открыли новый механизм преобразования энергии в клетках

Исследователи из Медицинской школы Маунт-Синай расширили понимание механизма, с помощью которого клетки осуществляют преобразование энергии — процесс превращения пищи в энергию, необходимую клеткам. Эта новаторская работа позволила получить представление об атомном уровне синтеза основной формы химической энергии в организмах. Результаты опубликованы в августовском номере PLoS Biology.

Клетки используют фермент ATP-синтазу для генерации химического соединения АТФ — формы энергии, которую клетки используют для функционирования. По структуре ATP-синтаза представляет собой наномашину, клеточный «мотор», состоящий из протонных турбин (роторных колец), а результатом его работы является АТФ. Целью исследования было понять, как работают эти роторы ATP-синтазы.

Работу возглавили Дэвид Хикс, PhD, и Терри Крулвич, PhD, из Маунт-Синай, совместно с Томасом Мейером, PhD, и его командой из Института биофизики Макса Планка в Германии. Они вырастили трёхмерные белковые кристаллы необычно стабильного ротора из бактерии Bacillus pseudofirmus и изучили их с помощью рентгеновской технологии.

Учёные с удивлением обнаружили, что эти роторные кольца ATP-синтазы используют молекулу воды как часть роторного механизма синтеза АТФ. Это даёт более чёткое понимание работы этих наномашин. Предыдущие исследования ротора из сине-зелёной водоросли — единственного другого протон-движущего ротора, изученного на атомном уровне, — показали, что он не использует молекулу воды.

Это новое понимание позволило предположить, как ATP-синтаза захватывает протоны, приводящие во вращение «мотор», и визуализировать, как эти протоны остаются связанными с ротором. Открытие представляет дополнительный интерес, потому что структура ротора у этих бактерий в некоторых аспектах похожа на моторы, обеспечивающие синтез АТФ в клетках человека и патогенах, таких как бактерия туберкулёза.

«Мы рады широким перспективам, которые открывают эти данные для создания более детальной модели механизмов преобразования клеточной энергии», — сказал доктор Крулвич. — «Эти результаты дают стартовую площадку для лучшего понимания базового процесса жизни у организмов — от бактерий до человека».

Команды докторов Хикса, Крулвича и Мейера продолжат изучение этого открытия и планируют дальнейшие исследования клеточных наномашин. Следующим шагом станет оценка мутаций или нарушений в работе ротора ATP-синтазы.