Погляд на білки усередині клітин

Відео: I Love Science RU / Транспортний білок кінезин доставляє вантаж по микротрубочкам

Використовуючи високочутливі флуоресцентні зонди, група вчених з Університету Коннектикуту виявила ніколи не бачену раніше структурну динаміку важливого каналу білка всередині основних виробників енергії в клітинах - мітохондрій.

Дослідники встановили, що комплекс каналів, відомий як транслокаційний канал внутрішньої мітохондріальної мембрани 23 або TIM23, не тільки безпосередньо пов`язаний з енергетичним станом внутрішньої мембрани мітохондрій, що вчені давно підозрювали.

Також він модифікує свою фундаментальну структуру, змінюючи спіральну форму сегментів білків, що розташовуються в каналі, коли напруга електричного поля мембрани падає.

Дослідження, яке з`явиться в липні в рецензованому науковому журналі Nature Structural & Molecular Biology, пояснює, як під напругою мембрана виробляє структурні зміни мембранних білків і проливає нове світло на те, як клітинні транспортні системи використовують енергію, щоб виконувати свою роботу всередині клітин. Робота виконана за підтримки грантів від Національного наукового фонду, Національного інституту здоров`я і фонду Роберта А. Уелча.

Результати також показують, як флуоресцентні карти на субклітинному рівні уможливлюють новий погляд на основні причини нейродегенеративних і метаболічних розладів, пов`язаних з мітохондріальної функцією. В огляді досліджень, що супроводжує публікацію, Ніколаус Пфаннер (Nikolaus Pfanner) з університету Фрайбурга в Німеччині і міжнародний експерт в області клітинних переміщень білків, а також кілька членів його дослідницької групи, назвали дослідження «важливим кроком на шляху молекулярного розуміння визначається напругою переміщення білків».

«Молекулярна природа датчиків напруги в мембранах білків є центральним питанням біохімічних досліджень. Наша робота має не тільки фундаментальну важливість для розуміння мітохондріального біогенезу, а й відкриває нові перспективи в пошуку реагують на напругу елементів в мембранах білків ».

Для проведення експериментів дослідники включили модифіковані залишки цистеїну за допомогою флуоресцентного зонда в певні місця уздовж трансмембранного сегмента комплексу TIM23, отримані з поширених видів дріжджів Saccharomyces CEREVISIAE. Потім дослідники відстежували датчики в режимі реального часу, спостерігаючи, як затвор каналу і його структура реагують на індуковані зміни в електричному полі внутрішньої мембрани.

«Це непрямий спосіб вивчення структури чого-небудь, але оскільки ми в змозі заглянути в реально діючі мітохондрії, він дає нам джерело нової інформації», каже Натан Н. Адлер (Nathan N. Adler), доцент кафедри молекулярної і клітинної біології Університету Коннектикуту і керівник дослідницької групи. «Те, що величина градієнта напруги на мембрані може зіграти істотну роль у визначенні структури цих білків, ймовірно, є одним з найважливіших елементів цього дослідження».

На наступному етапі дослідження буде здійснюватися ізоляція комплексу каналу білка TIM23 в штучної системі для спостереження за тим, чи продовжить він реагувати на коливання напруги за межами своєї природному середовищі існування. Вчені також сподіваються визначити окремі частини білкового комплексу, що працюють в якості датчиків напруги.

«Як тільки ми точно встановимо, що є датчиком напруги, ми почнемо краще розуміти процес переміщення і, в кінцевому підсумку, зможемо застосувати ці знання до інших видів білків-транспортерів, дисфункції яких входять в етіологію захворювань, таких як серцево-судинні захворювання і рак . Якщо їх функціонування пов`язане з енергетичним станом мембрани, ми зможемо побачити, чи пов`язані дефекти в здатності прив`язуватися до мембрани з патогенезом цих захворювань ».