Белковый кубик Рубика

Белковый кубик Рубика

// Как собрать антенну для цианобактерий
Авторы: Алёна Лесняк

Учёные, которые занимаются фундаментальными исследованиями, удовольствие получают явно не от результата, а от самого процесса. Ведь цель их опытов не всегда связана с практическим применением, а итог почти непредсказуем.

Дмитрий Зленко, старший научный сотрудник кафед­ры биофизики биологического факультета МГУ, — один из таких учёных. Он занимается ­конструированием трёхмерной модели фикобилисомы — специального белкового комплекса в составе цианобактерий, который работает как светособирающая антенна и помогает микроорганизмам успешно фотосинтезировать (производить кислород и ряд органических веществ, используя свет, воду и углекислый газ) при очень слабом освещении.

«Прикладных задач у моих исследований, конечно, нет, даже в отдалённой перспективе, — говорит Зленко. — В 1980-е годы фикобилисомы изучали, но потом забросили. Их расковыряли, поняли, из чего они состоят, но как комплектующие собираются в комплекс, так и не выяснили. Вот я и решил заняться этим интересным делом».

Чтобы понять, что такое фикобилисомы, нужно разобраться с самими цианобактериями, которые из-за специфичной окраски называют также синезелёными водорослями. Если вы наблюдали, как в конце лета вода вдоль берегов прудов и рек становится насыщенно-зелёного, почти изумрудного цвета, значит, вы точно видели огромные колонии цианобактерий — зелёный цвет водоёмам придают именно эти организмы, изрядно размножившиеся.

Цианобактерии — одни из самых крупных и древних бактерий, способных к фотосинтезу. Считается, что около 2,4 млрд лет назад расплодившиеся цианобактерии устроили на Земле «кислородную катастрофу» — произвели так много кислорода, что состав атмосферы нашей планеты кардинально изменился.

Так вот, раз эти бактерии фотосинтезируют, логично предположить, что у них есть для этого полноценный аппарат, в который входят фотосистема II и фотосистема I. Они стандартно присутствуют во всех фотосинте­зирующих растениях и бактериях, их задача — осущест­влять окислительно-восстановительные реакции: транспортировать энергию света по организму и синтезировать АТФ (аденозинтрифосфат), играющий ключевую роль в обмене веществ.

Но помимо этой классической цепочки у цианобактерий есть особые приспособления, фикобилисомы — причудливые белковые структуры (этакие рогатые пупырчатые монстрики, если смотреть в микроскоп), усилива­ющие передачу света на фотосистему II. Так как цианобактерии живут в воде, почве или в лишайниках — тёмных местах, куда солнечный свет почти не проникает, — им жизненно необходимы такие вот светочувствительные антенны.

Собственно, как раз такую антенну биофизик из МГУ Дмитрий Зленко решил разобрать и собрать своими руками в буквальном смысле этого слова.

Фикобилисомы состоят из ядра и прикреплённых к нему шести боковых цилиндров. Все компоненты сформированы из белковых кристаллов, поэтому у фикобилисом такая рельефная структура (это отлично видно на снимках).

Сначала Зленко создал компьютерную копию ядер фикобилисомы (рис. 1, 2, 3) и каждого бокового цилинд­ра (рис. 4) — точность 3D-модели имела погрешность 1–2 ангстрема (1 ангстрем равен 1×10–7 миллиметра). Затем на мощном трёхмерном принтере ZPrinter 650, печатающем гипсом (оборудование предоставил НИИ и Музей антропологии им. Д. Н. Анучина МГУ), учёный сделал увеличенные на несколько порядков объёмные ядра и цилиндры фикобилисомы.

Самым сложным оказался последний этап: биоинженер Зленко несколько дней крутил в руках, пытаясь соединить, части этой светочувствительной антенны. Ведь до сих пор было неизвестно, как именно умещаются на ядре шесть достаточно крупных цилиндров.

Учёный перебрал руками множество комбинаций, как сделал бы это с кубиком Рубика. И нашёл решение. Причём, как считает исследователь, вариант упаковки цилиндров, удовлетворяющий всем ­экспериментальным наблюдениям и соответствующий электронным микро­фо­тографиям фикобилисомы, существует только один — тот, что он обнаружил.

 

Опубликовано в журнале «Кот Шрёдингера» №4-5 (30-31) за апрель-май 2017 г.

Подписаться на «Кота Шрёдингера»