Ускоритель помог найти в белках «нанопереключатель» для важнейших реакций жизни

Японские ученые открыли механизм управления потенциалом белка — переносчика электронов в окислительно-восстановительных реакциях, необходимых всем организмам для получения энергии. Экспериментально определена точная трехмерная структура белка, включая атомы водорода, а теоретические расчеты с использованием этих данных визуализировали электронную структуру железосерных кластеров.

Опубликованное в журнале eLife исследование впервые показало, что электрический потенциал железосерного кластера резко меняется в зависимости от наличия или отсутствия одного атома водорода в боковой цепи аминокислоты, играющего, таким образом, роль «нанопереключателя».

Большинство реакций в живой природе, включая задействованные в дыхании и фотосинтезе, относятся к окислительно-восстановительным. Функции переносчика электронов в них выполняет обычно ферредоксин — универсальный белок, который есть почти во всех организмах, — посредством структуры, которую называют железосерным кластером.

Молекулы ферредоксина облучили пучком нейтронов в протонном ускорительном комплексе J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex) и визуализировали их трехмерную структуру при помощи биологического кристаллического дифрактометра Ибараки.

Дальнейшие расчеты на основе полученной геометрии показали влияние аминокислотного остатка на вероятность переноса электронов железосерным кластером, хотя они расположены довольно далеко друг от друга по молекулярным меркам, и этот механизм универсален для различных организмов.

Результаты не только углубят научное понимание биологических реакций, но и откроют путь к разработке сверхчувствительных датчиков кислорода и оксида азота, а также новых лекарственных препаратов.