Нанотурбины снабжают тело человека энергией

Исследователи из Института биофизики им. Макса Планка во Франкфурте и Медицинской школы Mount Sinai в Нью-Йорке представили первый двигатель, приводимый в действие протонами под управлением АТФ-синтазы - фермента, который играет центральную роль в преобразовании энергии внутри живой клетки.

Исследование, проведенное доктором Томасом Майером (Thomas Meier), его аспирантом Лорой Прейс (Laura Preiss) и доктором Озканом Юлдизом (Ozkan Yildiz) показало, что молекулы воды являются главным элементом ротора бактериального нанодвигателя, который имеет общие черты с роторами АТФ-синтазы из митохондрий человека и различных бактерий, в том числе патогенов, таких как возбудители туберкулеза, АТФ-синтаза которых - главная мишень для лекарств.

АТФ-синтаза - это один из самых многочисленных и важных белков в живых клетках. Эти вращающиеся наномашины производят главный источник энергии клетки - АТФ (аденозинтрифосфат). Например, организму взрослого человека, находящемуся в покое, каждый день требуется синтезировать до 75 кг АТФ. Микротурбины АТФ-синтазы (размером 6,3 нм) с помощью электрического поля пропускают через себя протоны и благодаря этому вращаются со скоростью более 500 оборотов в секунду, производя АТФ.

Ученым удалось вырастить аналогичные трехмерные кристаллы протеинов с необычайно стабильной турбиной из палочковидных бактерий, которые могут расти в щелочной среде с крайне низким содержанием протонов. Молекулярная структура турбины контролировалась с помощью рентгенокристаллографии. Исследователи были удивлены исключительно успешными результатами и взволнованы новыми перспективами механистического понимания структуры и функций аденозинтрифосфорной кислоты.

Конструирование подобных аналогов самых уникальных и сложных "живых машин" поможет понять принципы построения и работы живых организмов. Большие перспективы данного направления видятся в применении подобных разработок в клинической медицине и производстве программируемых нанороботов атомарного уровня.