Российские учёные открыли структуру белка, улавливающего свет

Группе ученых из России, Германии и Франции удалось выяснить устройство и принцип работы светопоглощающего белка бактерий – протеородопсина. Благодаря полученным знаниям можно создать новые инструменты контроля за нервными клетками живых организмов.

Земная жизнь основана на поглощении и преобразовании солнечной энергии. Чтобы лучше использовать эту энергию, ученые пытаются детально понять, как солнечная энергия улавливается и перерабатывается в другие полезные виды энергии.

Например, у животных на свет реагируют молекулы родопсина, находящиеся в зрительных пигментах. У растений есть хлорофиллы, без которых невозможен фотосинтез. Полсотни лет назад биологи обнаружили галофильные археи Halobacterium salinarum, наделенные пигментом бактериородопсином, которые превращают энергию Солнца в химическую.

И только в начале 21 века исследователям удалось понять способ преобразования световой энергии посредством протеородопсинов морских и океанических бактерий. Но, до сих пор структура этих мембранных белков оставалась неизвестной, и невозможно было понять, как работает их механизм преобразования.

Бактериородопсин в России начали изучать еще в 70-х годах прошлого столетия. Исследователи изучали образцы ДНК, которые были получены во время бурения грунта вечной мерзлоты в Якутии пород, возраст которых составляет более 3 млн лет. Результатом работы стало клонирование и экспрессирование гена ESR, кодирующего протеородопсин бактерии Exiguobacterium sibiricum.

Как рассказывает один из участников исследования, сотрудник лаборатории биомолекулярной ЯМР-спектроскопии ИБХ РАН Павел Кузьмичёв, предположение о существовании данного родопсина строилось лишь на данных о последовательности генома бактерии. Интересующий исследователей ген был экспрессирован в клетках кишечной палочки, после чего бактерии начали нарабатывать протеородопсин.

В настоящий момент ученые занимаются изучением фотоцикла протеородопсина. В рабочем режиме этот белок претерпевает ряд переходных состояний. Чтобы детально изучить и понять этот сложный механизм транспорта протонов очень важно изучить пространственную структуру каждого из этих состояний и понять, какие изменения происходят в структуре белка, какие движения необходимы для его нормальной работы, какие аминокислотные остатки непосредственно участвуют в переносе протона.

Поставленная задача является нетривиальной и потребует знаний молекулярной биологии, видимой и инфракрасной спектроскопии, рентгеноструктурного анализа и других научных методов.