По мнению многих исследователей, уксуснокислые бактерии были одними из первых живых существ на Земле. Они получают энергию от превращения углекислого газа, который восстанавливают до активированной уксусной кислоты с помощью водорода. Но в какой момент этого биохимически хорошо изученного процесса высвобождается энергия? Франкфуртским биоученым удалось решить эту загадку.
В мембране Acetobacterium woodii они обнаружили фермент, который транспортирует ионы натрия из клетки против градиента энергии. Ионы натрия возвращаются внутрь клетки через «турбину» в клеточной мембране - АТФ-синтазу. Во время прохождения выделяется энергия в виде АТФ.
«Открытие этого нового типа мембранного насоса, приводимого в действие транспортом электронов, ферредоксин:НАД-оксидоредуктазы, может быть не только архетипом современных насосов для переноса электронов, которые мы находим в митохондриях», - сообщает профессор. Фолькер Мюллер из Университета Гёте во Франкфурте-на-Майне вместе со своей докторанткой Евой Бигель в свежем выпуске «Трудов Национальной академии наук».
Насос объясняет, сколько живут микробы
«Эта помпа также объясняет образ жизни многих других микроорганизмов», - говорит Мюллер. Поэтому неудивительно, что кодирующие его гены обнаружены в геномах более 100 различных прокариот. Многие из них живут при строгом отсутствии кислорода, и вполне вероятно, что ферредоксин:НАД-оксидоредуктаза, или сокращенно Fno, также служит там для сохранения энергии.
Fno также содержится в бактериях, живущих в воздухе. Их клеточная функция там еще не изучена. «Мы предполагаем, что турбина работает в другом направлении и использует электрохимическую энергию через мембрану, чтобы перекачивать электроны против градиента энергии», - предполагает Бигель. Так обстоит дело, например, с фиксацией азота или восприятием окислительного стресса, оба из которых также требуют Fno.
Исследователи раскрывают биохимический процесс
По мнению ученых, биохимический процесс выглядит так: водород окисляется ферментом гидрогеназой и электроны передаются белку ферредоксину. Оба содержат железо и серу, элементы, которых было много в первобытном бульоне. Восстановленный ферредоксин является топливом для мембранной турбины, ферредоксин:НАД-оксидоредуктаза (Fno). Этот фермент переносит электроны к акцептору НАД+, опять же через железо-серные центры, а оттуда электроны перетекают внутрь клетки для фиксации СО2.
По мнению исследователей, турбина Fno использует энергию электронов, текущих «вниз», то есть с градиентом энергии, для перекачки ионов натрия «в гору» изнутри клетки наружу. Затем ионы натрия возвращаются вниз через другую турбину, АТФ-синтазу, которая использует высвобождаемую энергию для производства АТФ.