Группа японских исследователей впервые раскрыла механизм управления потенциалом белка-переносчика электронов в окислительно-восстановительных реакциях, необходимых для получения энергии всеми организмами. Исследование в онлайн-издании *eLife*.
На основе проведённых экспериментов была определена точная трёхмерная структура белка, включая атомы водорода. С использованием этой информации проведены теоретические расчёты, позволившие визуализировать электронную структуру железо-серного кластера. Исследователи установили, что электрический потенциал железо-серного кластера может значительно изменяться в зависимости от наличия или отсутствия одного атома водорода на боковой цепи аминокислоты. Этот процесс описан как механизм “нано-выключателя”.
Результаты исследования не только углубляют понимание биологических реакций, но и открывают перспективы для создания высокочувствительных сенсоров кислорода и оксида азота, а также разработки новых лекарственных препаратов.
Большинство реакций в живых организмах связано с переносом электронов, известным как окислительно-восстановительные реакции. К таким процессам относятся, например, дыхание и фотосинтез. Некоторые белки, участвующие в переносе электронов, содержат железо и серу. Одним из таких белков является ферредоксин – универсальный переносчик электронов, присутствующий почти во всех живых организмах. До сих пор механизм стабильного переноса электронов ферредоксином оставался неясным.
В рамках исследования использовались эксперименты на кристалл-дифрактометре iBIX в комплексе J-PARC в Японии. Это позволило определить структуру ферредоксина на атомарном уровне с использованием нейтронного пучка. Визуализация атомов водорода в белках с помощью нейтронов представляет значительную сложность, и лишь менее 0,2% белков из базы данных трехмерных структур содержат такие данные.
Расчёты, основанные на экспериментальных данных, помогли раскрыть электронную структуру железо-серного кластера ферредоксина. Обнаружено, что остаток аспарагиновой кислоты, расположенный на удалении от кластера, существенно влияет на вероятность переноса электронов, выполняя роль своеобразного переключателя. Более того, установлено, что данный механизм универсален для всех организмов.