Как свет запускает биологические процессы в бактериях
Многие организмы, включая бактерии, используют светочувствительные белки фитохромы для контроля биологических функций в ответ на изменение освещения. У бактерии Deinococcus radiodurans фитохром, поглощающий красный и дальний красный свет, регулирует выработку защитных пигментов. Хотя структура фитохрома в неактивном состоянии была известна, механизм преобразования светового сигнала в действие оставался неясным.
Международная исследовательская группа использовала синхротронное излучение (APS BioCARS, ESRF, SLS) для изучения активного состояния сенсорного модуля фитохрома.
Ключевые открытия
Две конформации димера: Фитохром существует в виде димера (две копии белка).
- Неактивное состояние (Pr): Димер находится в "закрытой" конфигурации. Высококонсервативная аминокислотная последовательность образует "язычок" в форме β-слоя.
- Активное состояние (Pfr): После поглощения красного света димер переходит в "открытую" конформацию, расстояние между половинками увеличивается на несколько нанометров.
Драматическое изменение "язычка": Поглощение света вызывает кардинальную перестройку "язычка". Он меняет вторичную структуру белка с β-слоя на более короткую α-спираль. Новый "язычок" становится короче на 2.5 ангстрема и взаимодействует с другими консервативными аминокислотами.
Последовательность передачи сигнала
Исследователи описали каскад событий:
- Поглощение красного света изменяет хромофор на атомном уровне.
- Эти изменения передаются и усиливаются в структуре фитохрома.
- Происходит перестройка "язычка" (укорочение на 2.5 Å).
- Укорочение "язычка" сдвигает жесткую структуру димера, заставляя его "открыться" на несколько нанометров.
- Конформационный сигнал усиливается от атомного уровня до нанометрового масштаба перестройки белка, что и запускает дальнейшую сигнальную цепь.
Этот механизм уже находит подтверждение в работах других научных групп. Следующая цель исследователей — выяснить, как структурный сигнал преобразуется в биохимический в выходном домене фитохрома.