Том 88, № 10 (2023)

В работах в области биоэнергетики важное методическое место принадлежит прямому электрометрическому методу. Принцип этого метода заключается в измерении трансмембранной разности электрических потенциалов, создаваемой между двумя отсеками ячейки белками - генераторами электрического (электрохимического) потенциала, ассоциированными с разделяющей отсеки искусственной липидной мембраной. Само существование таких белков было одним из следствий хемиосмотической концепции Питера Митчелла; обнаружение белков - генераторов электрического тока - и исследование их работы послужило одним из аргументов для признания справедливости этой концепции и способствовало в итоге присуждению Митчеллу заслуженной Нобелевской премии. Одним из главных создателей прямого электрометрического метода был Л.А. Драчев (1926-2022). С его участием были выполнены ключевые работы по электрогенезу мембранных белков фотосинтетических и дыхательных электрон-транспортных цепей: бактеориородопсина, зрительного родопсина, фотосинтетических бактериальных реакционных центров, цитохромоксидазы и др.

Работа посвящена обзору механизмов регуляции электронного транспорта в хлоропластах в контексте структурно-функциональной организации фотосинтетического аппарата растений. Основное внимание уделено окислению пластохинола цитохромным b6f-комплексом - лимитирующей стадии переноса электронов между фотосистемами 2 и 1. Кратко описаны процессы электронного транспорта по цепям нециклического, циклического и псевдоциклического транспорта электронов, их связь с созданием транс-тилакоидной разности электрохимических потенциалов ионов водорода в хлоропластах, обсуждаются механизмы рН-зависимой регуляции функционирования цитохромного b6f-комплекса. Рассмотрены процессы электронного переноса, связанные с участием альтернативных редокс-медиаторов - молекулярного кислорода (О₂) и аскорбата.

Электрические сигналы (ЭС) растений, возникающие при действии различных внешних факторов, играют важную роль в адаптации к изменяющимся условиям окружающей среды. Генерация ЭС в клетках высших растений связана с активацией потоков Ca²⁺, K⁺, анионов, а также изменением активности H⁺-ATPазы плазмалеммы. В настоящем обзоре на основе сопоставления данных молекулярно-генетических и электрофизиологических исследований выполнен анализ молекулярной природы ионных каналов, вносящих вклад в передачу ЭС у высших растений. На основе таких характеристик ионных каналов, как селективность, механизм активации, а также внутриклеточная и тканевая локализация, из широкого разнообразия ионных каналов высших растений выделены те, которые отвечают требованиям к потенциальным участникам генерации ЭС. Анализ данных экспериментальных исследований, выполненных на мутантах с подавленной или усиленной экспрессией гена определённого канала, выявил те каналы, активация которых вносит вклад в формирование ЭС. К числу каналов, ответственных за возникновение потока Ca²⁺ при генерации ЭС, относятся каналы семейства GLR, потока K⁺ - GORK, анионов - MSL. Рассмотрение перспектив дальнейших исследований говорит о необходимости объединения в рамках единого исследования электрофизиологических и генетических подходов наряду с анализом ионных концентраций в интактных растениях.

В обзоре даны современные представления о механизме генерации трансмембранной разности электрических потенциалов (Δψ) в ходе каталитического цикла трёхгемовой терминальной хинолоксидазы типа bd. Предполагается, что основной вклад в образование Δψ вносит перемещение Н⁺ поперёк мембраны по внутрибелковому гидрофильному протон-проводящему пути из цитоплазмы к кислородоредуктазному активному центру этого бактериального фермента.

Разнообразие ретиналь-содержащих белков (родопсинов) в природе чрезвычайно велико. Принципиальное сходство структуры и фотохимических свойств объединяет их в одно семейство. Однако до сих пор идет дискуссия о происхождении родопсинов: дивергентная или конвергентная эволюция? В обзоре на основе результатов собственных и литературных данных проведен сравнительный анализ сходства и различий фотопревращения родопсинов I и II типов. Представлены результаты экспериментальных исследований прямых и обратных фотореакций бактериородопсина (родопсина I типа) и зрительного родопсина (родопсина II типа) в фемто- и пикосекундном интервале времен, фотообратимой реакции родопсина осьминога (родопсина II типа), фотоэлектрических реакций родопсинов I и II типов, а также квантово-химические расчеты прямых фотореакций. Обсуждается вопрос о вероятной конвергентной эволюции родопсинов I и II типов.

Среди всего многообразия ретинальных белков канальные родопсины выделяются своей уникальной способностью к генерации пассивных ионных токов при фотовозбуждении. Благодаря этой способности канальные родопсины широко используются в нейрофизиологии и кардиологии как инструменты для оптогенетической манипуляции активностью возбудимых клеток. Впервые токи, генерируемые канальными родопсинами, были обнаружены в нативных клетках зеленых водорослей в 1970-е гг. В этом обзоре мы прослеживаем историю этого открытия и обсуждаем современное состояние исследований в этой области.

Методом широкополосной фемтосекундной лазерной спектроскопии «возбуждение-зондирование» измерена абсорбционная динамика хлорофилла a в симметричном тетрамерном комплексе водорастворимого хлорофилл-связывающего белка BoWSCP в диапазоне от 400 до 750 нм с временным разрешением 20 фс-200 пс. При возбуждении BoWSCP в области полосы Соре на длине волны 430 нм наблюдалась безызлучательная внутримолекулярная конверсия S₃→S₁ с характерным временем 83 ± 9 фс. При возбуждении комплекса в области полосы Q_y на длине волны 670 нм наблюдался релаксационный переход между двумя экситонными состояниями димера хлорофилла со временем 105 ± 10 фс. Получены спектры поглощения возбужденных синглетных состояний S₁ и S₃ хлорофилла a. Продемонстрировано, что делокализация возбужденного состояния между экситонно-сопряженными молекулами хлорофилла в тетрамере BoWSCP изменяется во времени и зависит от энергии возбуждения. При возбуждении BoWSCP в области полосы Соре наблюдается сверхбыстрая фотохимическая реакция, обусловленная, по всей видимости, восстановлением триптофана в ближайшем окружении хлорофилла.

Бронхиальная астма (БА) - это хроническое воспалительное заболевание дыхательных путей, включающее в себя несколько фенотипов, самым распространенным из которых (до 80% от всех случаев) является аллергическая БА. Ключевыми участниками патогенеза этого заболевания являются Th2-цитокины (IL-4, IL-5, IL-9 и IL-13). Гены, кодирующие эти цитокины, как и подавляющее большинство генов человека, состоят из нескольких экзонов, и, соответственно, из единого мРНК-предшественника в результате альтернативного сплайсинга может образовываться несколько вариантов зрелых мРНК и изоформ белка, которые также могут участвовать в патогенезе БА. Анализ научной литературы и баз данных показал наличие альтернативных мРНК-транскриптов для IL-4, IL-5 и IL-13. При этом у IL-4 и IL-5 альтернативные транскрипты несут открытые рамки считывания, а следовательно, могут кодировать функциональные белки. Для IL-4 показано существование не только альтернативных мРНК-транскриптов, но и альтернативной изоформы белка (IL-4δ2), которая утратила часть, кодируемую экзоном-2. Сходный по структуре альтернативный транскрипт, утративший экзон-2 (IL-5δ2) был идентифицирован для IL-5. В данном обзоре мы обобщаем сведения об известных на данный момент альтернативных мРНК-транскриптах и белковых изоформах Th2-цитокининов, прежде всего, IL-4 и IL-5. Мы проанализировали известные биологические свойства альтернативных вариантов этих цитокинов, их возможную роль в развитии аллергической БА, а также рассмотрели диагностический и терапевтический потенциал.

Цитохромы P450 - уникальное семейство ферментов, обнаруженное во всех царствах живых существ (у животных, бактерий, растений, грибов, архей). Основной функциональной ролью цитохромов P450 является биотрансформация экзогенных и эндогенных соединений. Данный обзор посвящен проблеме повышения эффективности электрокатализа цитохромами P450, которые обладают уникальными возможностями как для создания биосенсоров, так и для биотехнологического применения. В работе рассмотрены основные способы создания реконструированных и электрохимических каталитических систем на основе цитохромов P450, а также современные тенденции и подходы к практическому применению цитохромов P450.

Каталогизация белков человека, определение уровня их содержания, клеточной локализации, выполняемой функции и потенциальной медицинской значимости являются важными задачами, стоящими перед мировым протеомным сообществом. В настоящее время локализация и функции белковых продуктов для почти половины белок-кодирующих генов неизвестны или слабо изучены. Исследование протеома органелл является многообещающим подходом для выявления локализации и функций белков человека. Протеом клеточного ядра представляет особый интерес, поскольку многие белки с ядерной локализацией, например, транскрипционные факторы, выполняют регуляторные функции, определяющие судьбу клеток. По результатам метаанализа ядерного протеома, или нуклеома, клеток линии HL-60 под действием полностью-транс-ретиноевой кислоты (ATRA) выявили, что функция и локализация белкового продукта гена SOWAHD слабо изучена, кроме того, отсутствует исчерпывающая информация об экспрессии SOWAHD на уровне белка. В клетках линии HL-60 для белок-кодирующего гена SOWAHD определили экспрессию мРНК на уровне 6,4 ± 0,7 транскриптов на миллион молекул. С помощью направленной масс-спектрометрии измерили содержание белка SOWAHD (белок 58, содержащий домен анкириновых повторов) в диапазоне 0,27-1,25 фмоль/мкг общего белка. С применением пульсового мечения стабильными изотопами определили, что время полураспада для белкового продукта гена SOWAHD составляет приблизительно 19 ч. Протеомное профилирование ядерной фракции клеток линии HL-60 показало, что содержание белка SOWAHD увеличивалось в процессе ATRA-индуцированной гранулоцитарной дифференцировки, с пиком в 9 ч после добавления индуктора и с последующим снижением в более поздние временные точки. Результаты исследования впервые указывают на ядерную локализацию и вовлечённость белкового продукта гена SOWAHD в индуцированную гранулоцитарную дифференцировку.