Ученые из Центра здравоохранения университета штата Луизианы выяснили, как нуклеотид АТФ расщепляется в клетках, что позволило впервые составить наиболее ясную картину ключевой реакции, которая позволяет клеткам всех живых существ функционировать и развиваться.

Обнаруженный впервые примерно 80 лет назад аденозинтрифосфат, как считается, является вторым по биологической важности, уступая разве что ДНК.

Каждая клетка человеческого организма содержит приблизительно миллиард молекул нуклеотида, и энергия, полученная вследствие их расщепления, используется для поставки веществ в клеточные комплексы, для построения необходимых сложных молекул и даже для сокращения мускулов.

«АТФ — топливо жизни. Это самый важный источник химической и механической энергии у живых существ», пояснил адъюнкт-профессор Санянг Ким.

В течение многих десятилетий ученые пытались лучше понять критически важную реакцию, но до сих пор не знали, как белки в клетке извлекают и используют энергию АТФ.

В оригинальной форме молекула аденозинтрифосфата обладает тремя группами фосфатов. В то время как было известно, что для расщепления нуклеотида требуется, чтобы третья группа фосфата подверглась атаке гидроксида или молекулы воды, которая потеряла один из протонов, за гранью известного оставалось то, как терялся протон.

Для разгадки тайны ученые приняли решение исследовать белки кинезины, которые и расщепляют АТФ.

Кинезины — крошечные биологические механизмы, функционирование которых во многом напоминает автомобильные двигатели: они передвигаются вверх-вниз по клеточным дорогам и поддерживают выполнение нескольких функций, таких как клеточное деление и доставку различных веществ.

«Мы выбрали кинезины потому, что они являются наиболее простыми из известных двигательных белков. Обычно белки, которые расщепляют АТФ, являются очень большими и обладают массой движущихся компонентов для выполнения механической работы», сказал Ким. «Чем проще и меньше система, тем с большей вероятностью удастся узнать о ней максимум информации».

Далее ученые сузили исследование, изучив человеческий кинезин Eg5, который необходим для деления клеток и известен как вероятная мишень для противораковых лекарств следующего поколения.

Блокирование способности кинезина Eg5 расщеплять аденозинтрифосфат может заблокировать развитие рака, и уже сегодня многие ингибиторы белков проходят стадию клинических испытаний.

Чтобы получить ясную картину взаимодействия кинезина и АТФ, ученые намерены применить кристаллографическую рентгеноскопию для воссоздания трехмерной структуры, которая позволила бы детализировать все связи и атомные контакты, пояснил один из соавторов доцент Дэвид Уортилэйк.

Удивительным результатом экспериментов стало то, что белок, оказывается, применяет последовательность молекул воды, чтобы использовать энергию реакции.

«Реактивным агентом, приводящим к расщеплению АТФ было что-то , находящееся в составе белка, такое как аминокислота», отметил доцент Эдвард Воджцик.

Но это было не аминокислота. Протон из первой молекулы воды вытянула вторая молекула воды.

«Каждая из этих молекул связана с разными частями белка. Обычно эти молекулы обладают сильной связью друг с другом, соединяя отдаленные части белка своеобразным молекулярным мостом», пояснил Ким. «Наши данные показывают, что когда вторая молекула воды забирает протон у первой молекулы, он передается именно по выстроенному молекулами мосту. Это приводит к разворачиванию белка и к движению внутри белка».

Такое движение позволяет наномашинам двигаться вдоль назначенного пути для выполнения целевого задания.

«Для такой относительно простой молекулы у воды все еще есть сюрпризы, и мы поражены тем, что открыли», заявил Воджцик.

Ученые надеются, что с более ясным пониманием того, как функционируют эти биологические машины, они лучше поймут, как и почему происходит перемещение субстанций внутри клеток, что позволит точно выяснить, как включать и выключать эти функции с помощью лекарств, чтобы победить болезни.

Иллюстрация http://www.flickr.com/photos/massi3v/sets/72157612329057790/