Срочные новости раздела
Живые организмы научились трансформировать структуру воды в высокопроводящее состояние

Живые организмы научились трансформировать структуру воды в высокопроводящее состояние

Сотрудники лаборатории терагерцовой спектроскопии МФТИ обнаружили, что вода в белках, отвечающих за обеспечение живых систем энергией, и вода, на которую воздействуют постоянным электромагнитным полем величиной в десятки киловольт на сантиметр, ведут себя очень похожим образом.

Исследование проводилось с помощью терагерцового спектрометра© Пресс-служба МФТИ, Евгений Пелевин

Главным источником энергии Солнца и других звёзд во Вселенной является дефект массы, возникающий при слиянии двух протонов. В энергетике живых организмов принципиально важным является слияние протонов с молекулами воды. Речь в последнем случае идет не о ядерной реакции, а о способности протона, как говорят химики, в зависимости от условий по-разному сольватироваться водой, то есть электростатически взаимодействовать.

В последнее десятилетие несколько научных групп на Западе и в Бразилии показали, что при приложении большого электростатического поля в воде возникают интересные особенности, напрямую связанные с переносом протонов. Наблюдается резкий рост интенсивности так называемых трансляционных колебаний, частота которых находится в дальнем инфракрасном спектральном диапазоне. Одновременно с этим образуется большое количество протонов, сольватированных только одной молекулой воды.

Руководитель исследования, ведущий научный сотрудник МФТИ Константин Мотовилов отмечает: «В основе множества открытий лежат неожиданные и поначалу необъяснимые корреляции, которые только потом, с появлением развитых научных теорий, обретают глубокую осмысленную связь. В нашей команде мы давно занимаемся свойствами воды в биологических объектах. Вернувшись на волне новых публикаций коллег о свойствах воды в условиях сильного внешнего поля к своим давно опубликованным данным, мы обнаружили, что аналогичный рост интенсивности трансляционных колебаний наблюдается только в тех белках, которые отвечают за транспорт электронов и протонов. Замечательным является то, что этим белкам для такого структурирования воды не требуется внешнее поле. Им удаётся каким-то образом подготовить воду к активному переносу протонов без него».

Важнейшая роль изменения концентраций протонов по разные стороны биологических мембран известна уже более полувека. В митохондриях естественное стремление выровнять концентрацию протонов, иными словами, уменьшить электрохимический трансмембранный потенциал, заставляет работать ключевой для всей энергетики живых систем фермент – АТФ-синтетазу. Именно АТФ используется практически для всех действий, необходимых для жизни, – от синтеза белков до бега трусцой. Величина трансмембранного протонного потенциала в живых митохондриях достигает колоссальных значений – 150 милливольт на 5 нанометров толщины мембраны. Несмотря на значительные успехи последних лет в понимании структуры белковых комплексов, обеспечивающих генерацию протонного потенциала и его расходование на синтез АТФ, оставалось неясным, в какой именно форме протон перемещается вдоль митохондриальных мембран и внутри АТФ-синтетазы. Ученым лаборатории терагерцовой спектроскопии Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ удалось ответить на этот вопрос.

«Полученные нами данные в терагерцовом и инфракрасном диапазонах частот говорят о том, что эффективный перенос протонов осуществляется именно в форме катионов гидроксония Н3О+. В случае дальнейшего гидратирования протона с образованием более тяжелого катиона Цунделя H5O2+ мобильность зарядов значительно снижается. По-видимому, живые системы научились использовать эти особенности взаимодействия протонов с водой, выстроили вокруг них свою энергетику», — говорит Зарина Гагкаева, первый автор исследования, аспирант МФТИ.

Нарушения в работе цепей переноса зарядов в митохондриях лежат в основе множества патологических процессов, приводящих к онкологическим заболеваниям, преждевременному старению тканей, различным миопатиям. Работа ученых из МФТИ помогает на новом фундаментальном уровне взглянуть на энергетику биологических мембранных процессов. Это даёт дополнительный инструмент – знание о нормальном физиологическом состоянии гидратации протонов – для борьбы с митохондриально-обусловленными заболеваниями.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, грант №19-73-10154. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Physical Review E.

Информация взята с портала «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/)

Источник: sci-dig.ru

Последние записи - Наука

самые читаемые новости

#Наука

Ученые из Института зоологии Китайской академии наук и Государственной лаборатории стволовых клеток и репродуктивной биологии впервые получили генетически модифицированных мышей с измененным
подробнее...

Исследователи из Центра молекулярной и клеточной биологии Сколтеха сравнили, как разные методы предсказания структуры белка влияют на дальнейшую оценку его стабильности после мутации. Оказалось, что
подробнее...

Посевные культуры и другие растения часто подвергаются атаке со стороны бактерий, вирусов и иных патогенов. В отличие от животных, у растений нет специализированных иммунных клеток, которые могут
подробнее...

Международная группа палеонтологов во главе с учеными из Технологического института Вирджинии (США) описала нового зароподоморфа и дала ему имя. Возраст скелета динозавра, который сохранился почти
подробнее...

Физики из 13 стран рассказали о результатах исследования относительной частоты рождения короткодействующих двухнуклонных корреляций в легчайших зеркальных ядрах, содержащих по три нуклона. Данные были
подробнее...

Коллектив учёных из Сколтеха опубликовал серию из трёх работ, посвящённых разным аспектам проникновения морской соли и других солей в мёрзлый грунт, содержащий газовые гидраты — льдоподобные
подробнее...

Группа ученых из Санкт-Петербурга показала, как работают гены на хромосомах типа ламповых щеток — особой формы хромосом, которые появляются в яйцеклетках кур. Оказалось, что с хромосом происходит
подробнее...

Коллектив зоологов из Чили, Аргентины, Германии и США опубликовал описание  нового вида птиц , обитающего на островах Диего-Рамирес, расположенных в проливе Дрейка примерно в 100 км к юго-западу от
подробнее...

Биологи из Университета Флориды и Нью-Йоркского университета (США) определили, что муравьиные королевы значительно увеличивают выработку инсулина, что способствует развитию яиц. Но матки также
подробнее...

Исследователи из Йельского университета (США) обнаружили, что воздействие света на нанопроволоки, созданные биопленочными сообществами бактерий, может увеличить электропроводность в этих природных
подробнее...

Китайские физики заставили бозе-конденсат атомов распределиться по синтетической импульсной решетке, полученной с помощью встречных лазеров с различным набором частот. Такая система понадобилась им,
подробнее...

Ученые физического факультета МГУ вместе с коллегами из Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН и Национального исследовательского университета МИЭТ придумали способ кодировать
подробнее...

Ученые МГУ предложили новую молекулярную систему для управления активностью генов. В ее основе лежит искусственно сконструированный комплекс на базе вирусного фермента, способный присоединяться к
подробнее...

В настоящее время науке известны онкогенные мутации в более чем 300 генах, и зачастую возникает необходимость ранжировать их, чтобы определить мишени для основного воздействия при лечении. Но в
подробнее...

Новое исследование на мышах — и небольшое испытание, уже проведенное на людях — открывает перспективы лечения, которое поможет уменьшить когнитивные проблемы у людей с синдромом Дауна.
подробнее...

Испанские исследователи из Университета Овьедо изучили геном медузы Turritopsis dohrnii, известной как «бессмертная медуза». В отличие от родственных видов, эта медуза способна при определенных
подробнее...

Российские ученые предложили микробиологический метод, позволяющий эффективно синтезировать урсодезоксихолевую кислоту — препарат, который широко используется при лечении различных заболеваний печени.
подробнее...

Физики-теоретики обнаружили, что в концентрических кольцах фотонов, которые вращаются вокруг черных дыр, есть конформная симметрия — внешние кольца являются увеличенной копией внутренних. Для этого
подробнее...