Структура транспортного белка, похожая на шлюз

Сахара — важный источник энергии для микроорганизмов, животных и людей. Их производят растения, преобразующие энергию солнечного света в химическую энергию в форме сахаров в процессе фотосинтеза.

В клетки (бактерий, дрожжей, человека или растений) сахара попадают через специальные белки, которые создают в клеточной мембране поры, избирательные для сахаров. Эти транспортные белки необходимы всем организмам. Транспортеры человека и растений очень похожи, так как произошли от общих бактериальных предков.

Сахарные транспортеры могут быть и уязвимым местом. У растений патогены могут захватывать их, перехватывая источник пищи и энергии. У животных мутации в этих белках могут приводить к заболеваниям, например, к диабету.

Команда под руководством Ляна Фэна из Медицинской школы Стэнфордского университета и Вольфа Фроммера из Института Карнеги впервые определила атомные структуры прототипа сахарных транспортеров (названных «SWEET») у растений и человека. Ими оказались бактериальные транспортеры SemiSWEET (вдвое меньше человеческих и растительных). Работа опубликована в Nature.

До этого было очень мало информации об уникальной структуре этих важных транспортных белков, которая, как выяснилось, отличается от всех других известных сахарных транспортеров.

Определение структуры — ключ к пониманию механизма их работы. А понимание механизма необходимо, чтобы выяснить, что происходит при его сбое, что может помочь в лечении связанных заболеваний или проблем роста у растений и животных.

Исследователи провели структурный и функциональный анализ SemiSWEET и SWEET и смогли получить кристаллы двух примеров в разных состояниях. Это показало не только структуру белка, но и многое о его функции.

Оказалось, что SemiSWEET действует не как канал или туннель для сахаров через мембрану, а как шлюз, перемещающий сахара в несколько этапов (два из них удалось увидеть в кристаллических структурах). SemiSWEET, одни из самых маленьких известных транспортных белков, объединяются в пары, образуя структуру, похожую на их более крупные растительные и человеческие аналоги SWEET. Это делает семейство белков SWEET кардинально отличным от других сахарных транспортеров.

«Одно из самых захватывающих открытий — скорость, с которой мы перешли от обнаружения этих новых транспортеров к определению их структуры и демонстрации принципа работы», — сказал Фроммер. «Фантастический прогресс стал возможен благодаря сотрудничеству со структурным биологом из Стэнфорда. Наши результаты подчеркивают потенциальное практическое применение этой информации для повышения урожайности и лечения болезней человека».