Российские ученые узнали механизм транспорта протонов в митохондриях

Микробиологи и биофизики НИТУ «МИСиС» сделали открытие, которое приблизит ученых всего мира к пониманию глобальных механизмов генерации энергии в клетках. Это даст возможность для разработки целого ряда лекарственных препаратов.

Сейчас перед мировой наукой стоит вопрос о том, как еда превращается в вещество, снабжающее энергией. Известно, что глюкоза при попадании в клетку распадается пополам на две составляющие и затем как пируват попадает в митохондрию. Пируваты последовательно окисляются. Неподалеку в митохондрии плавает никотинамидадениндинуклеотид (NAD), у которого из-за этого окисления отщепляется протон.

Этот протон каким-то способом попадает в часть митохондрии, ответственную за синтез АТФ (аденозинтрифосфата). До сих пор не было достоверно известно, как именно протоны туда попадают.

Ученые МИСиС в ходе совместных исследований с австрийскими коллегами поняли этот механизм.

“Протоны, двигаясь внутри митохондрии, пребывают в воде. Известно, что молекула воды (H2O) состоит из двух атомов водорода (H) и одного атома кислорода (O). Помимо химической связи внутри одной молекулы воды, эти атомы могут образовывать слабые связи с соседними молекулами воды, называемыми водородными связями.

Вблизи поверхности мембраны эти связи в молекуле воды образуются по-особому, поскольку с одной стороны находится вода, с другой — “стенка”. Водородные связи вблизи мембраны другие, у них другое число, другая структура. Именно их протон использует в качестве “рельсов” для продвижения вперед вдоль мембраны. Наше исследование показало, что ему “нравится” эта структура, он не уплывает вглубь митохондрии, а аномально быстро носится вдоль мембраны”, – пояснил суть открытия сотрудник кафедры теоретической физики и квантовых технологий НИТУ «МИСиС» Сергей Акимов.

Результаты исследования могут стать основой для разработки препаратов, нейтрализующих действие разобщительных ядов, а также для профилактики заболеваний, связанных с гиперфункцией щитовидной железы. При таких болезнях в митохондриях накапливаются слабые жирорастворимые кислоты, которые эффективно связывают протоны, что приводит к общему снижению синтеза АТФ.