Использовав мощные современные инструменты, команда центра SPring-8 RIKEN показала, как «протонный насос» бактериородопсин использует свет для транспортировки протонов по клеточной мембране и создания разницы зарядов.
Упомянутый белок отвечает за ключевые функции биологических систем. Но ученые долго не понимали, как именно он поглощает свет и переносит протоны изнутри клетки наружу. Чтобы выяснить это, исследователи прибегли к SACLA – мощному рентгеновскому лазеру, чьи лучи в миллион раз сильнее, чем у стандартных синхротронных устройств. Он позволяет увидеть структуру обрабатываемых белков и других молекул. Но луч испаряет образцы почти мгновенно, и изображения нужно получить до разрушения материала.
Для этого исследователи воспользовались серийной фемтосекундной криптографией с временным разрешением. С помощью технологии они получили тысячи изображений бактериородопсина в процессе его нахождения в луче. Собрав снимки вместе, ученые увидели, как белок продвигает протоны в сторону более положительно заряженной среды за пределами клетки, создавая заряд, который используется для питания химических реакций. Исследование было опубликовано в Science.
«Нам удалось пролить свет на механизм транспортировки протонов и завершить длительные споры по поводу него. Фотовозбуждение ведет к изменениям в структуре ретинальной части белка, отвечающей за поглощение света. Это способствует переносу аминокислотных остатков к цитоплазме, а присутствующая здесь вода помогает перемещению протонов. Тонкая молекулярная решетка не дает им вернуться, толкая частицы за пределы клетки», — сказал Эрико Нанго, первый автор работы.
Многие описанные шаги были выявлены в предыдущих исследованиях. Но ученые предполагали, что изменения могли быть вызваны использованной в опытах радиацией. Применение новой методики прояснило ситуацию, объяснил возглавлявший команду Со Ивата. Он также отметил, что выводы помогут лучше манипулировать протонным насосом.
Источник: phys.org