Будь то человек, животное или водоросль — все живые существа следуют внутреннему ритму, ориентированному на свет. Как именно определенные белки контролируют этот ритм день-ночь, до сих пор не было полностью понятно. Международная исследовательская группа под руководством профессора доктора Ларса-Оливера Эссена из Университета Филиппа в Марбурге и при участии Национального университета Тайваня (NTU) впервые расшифровала, как так называемые криптохромными Они воспринимают свет и преобразуют его в химический сигнал, тем самым обеспечивая важный строительный блок для понимания биологические часы.
Криптохромы — это фоторецепторы, которые регулируют циркадные ритмы и другие светозависимые процессы в растениях, животных и других организмах. Они используют световую энергию для запуска химических реакций, которые запускают метаболические процессы внутри клеток. «До сих пор было неясно, как криптохромы преобразуют световую энергию в структурные изменения, которые запускают сигналы», — объясняет Ларс-Оливер Эссен, один из ведущих авторов исследования. «Наша работа теперь впервые показывает, как три молекулярных домена взаимодействуют, чтобы контролировать этот процесс».
Используя последовательную фемтосекундную кристаллографию (SFX), команда создала 19 снимков высокого разрешения, изображающих динамику CraCRY между десятью наносекундами и 233 миллисекундами после воздействия света. Эти изображения, объединенные в фильм, показывают, как свет запускает образование радикальной пары с широко разделенными неспаренными электронами, что запускает три процесса: стабилизацию радикальной пары, нейтрализацию флавинового хромофора (FAD) посредством захвата протонов и запуск сигнального состояния посредством разворачивания длинной спирали в терминальной области белка. «Мы впервые видим, как свет изменяет структуру криптохрома животного типа для генерации сигналов», — говорит доктор Мануэль Маэстре-Рейна, ведущий автор исследования и профессор Национального университета Тайваня на Тайване.
Исследование выделяет два центральных механизма: так называемый «переключатель N395/FAD», который активирует краткосрочный путь протонирования (TPP) для протонирования молекулы флавина и стабилизации радикальной пары, и «переключатель D321/Y373», который дестабилизирует конечную спираль посредством переноса протона, тем самым инициируя сигнальное состояние. «Эти процессы могли бы, например, объяснить, как криптохромы у птиц используют магнитные поля для навигации», — подчеркивает Эссен. Протонирование флавина в течение микросекунд соответствует временным рамкам, необходимым для магниторецепции у птиц, в которых магнитные поля влияют на генерацию сигнала.
Результаты имеют далеко идущие последствия: они не только дают представление о функционировании криптохромов, но и могут продвинуть исследования заболеваний, контролируемых циркадными ритмами, или систем магнитной ориентации. «Наши молекулярные пленки показывают, как взаимодействуют свет, перенос протонов и структурные изменения», — объясняет Эссен. «Это важная веха в понимании процессов, контролируемых светом в природе».
Оригинальная публикация
Читайте также
Световое загрязнение приводит к значительному увеличению роста сине-зеленых водорослей | Пугналом
