Международная группа исследователей под руководством профессора Мануэля Маэстре-Рейна из Национального тайваньского университета сняла трёхмерное молекулярное видео высокого разрешения работы криптохрома. Работа [опубликована](https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adu7247) в журнале Science Advances.
Криптохромы — это светочувствительные белки, обнаруженные у большинства живых организмов, включая растения и животных. Они помогают регулировать внутренние часы и реакции на свет, контролируя циклы дня и ночи. Криптохромы важны для таких процессов, как циклы сна, рост растений и, возможно, даже восприятие магнитного поля Земли.
До сих пор учёным было известно, что криптохромы функционируют путём поглощения синего света, что вызывает структурные изменения в белке. Это активирует взаимодействие с другими клеточными белками, влияя на экспрессию генов и биологические ритмы. Однако механизм, с помощью которого криптохромы проявляют эту светочувствительность, оставался неясным.
Чтобы получить трёхмерное молекулярное видео высокого разрешения работы криптохрома, команда использовала метод серийной фемтосекундной кристаллографии (TR-SFX) на компактном рентгеновском лазере на свободных электронах Spring-8 Angstrom (SACLA) в Японии. Они собрали 19 отдельных «кадров» в диапазоне от 10 наносекунд до 233 миллисекунд после освещения, чтобы создать финальное видео.
Полученная сверхмедленная киноплёнка с атомным разрешением объясняет, как белок криптохрома усиливает слабый фотохимический сигнал, который затем приводит к значительным структурным изменениям. Процесс координируется белком, при этом три молекулярные области действуют согласованно для осуществления светочувствительности.
Этапы процесса
1. Во время начального фотохимического изменения флавин-адениндинуклеотид (FAD), специальная светособирающая часть внутри белка, использует энергию синего света для захвата электрона из самого криптохрома, индуцируя высоконестабильное состояние радикальной пары.
2. В течение наносекунд белок пытается стабилизировать это короткоживущее соединение, модулируя своё непосредственное окружение. Эти локальные изменения развиваются со временем, пока примерно через 100 миллисекунд после образования RP целые области белка не разворачиваются, сигнализируя о том, что криптохром почувствовал свет.
Кроме того, поскольку временное образование радикальных пар, подобных тем, что встречаются в фотоцикле криптохрома, также участвует в производстве энергии в клетках, фотосинтезе и даже в восприятии магнитного поля живыми существами, молекулярный механизм криптохрома может служить модельной системой для лучшего понимания основ этих широкомасштабных процессов.
«С помощью кристаллографии с временным разрешением мы вступили в эпоху создания белковых фильмов, что даёт беспрецедентное представление о химических принципах светоактивируемых процессов в природе», — сказал профессор Маэстре-Рейна. «Я рад представлять Национальный тайваньский университет на переднем крае этого научного направления».
Предоставлено
[Национальный тайваньский университет](https://phys.org/partners/national-taiwan-university/)