Интересные темы:

Гаджеты

Немного интересного:

Химическую работу митохондрий увидели живьём

09.08.2010 Наука и жизнь

Новый способ разрешает следить за молекулярной кухней митохондрий, не разрушая их.

Энергию, дабы жить, мы приобретаем из еды. Но сами по себе белки, углеводы и жиры для нас ненужны – энергию, заключённую в их химических связях, необходимо перевести в другую, более дешёвую форму, дабы клетка имела возможность её применять. Для этого в клетке существуют особые органеллы – митохондрии: каждая молекула, предназначенная для извлечения из неё энергии, заканчивает собственный путь тут (не смотря на то, что уточним, что митохондриальному этапу предшествует множество вторых химических реакций, преобразовывающих «питательный субстрат» до удобного для митохондрий вида).

Митохондрии клетки лёгкого, в которых видны складки (кристы), образованные внутренней мембраной. (Фото Kallista Images / Visuals Unlimited / Corbis.) Наноструктурированная серебряная поверхность под сканирующим электронным микроскопом. (Фото Brazhe, N. A. et al. Probing cytochrome c in living mitochondria with surface-enhanced Raman spectroscopy.Химическую работу митохондрий увидели живьём Sci.

Rep. 5, 13793; doi: 10.1038/srep13793 (2015).)‹ ›

Энергия добывается посредством кислорода, другими словами происходит окисление: электроны отрываются от «пищевой молекулы» и передаются кислороду, что присоединяет два водорода (в виде ионов протонов) и преобразовывается в молекулу воды. Но электрон приходит к кислороду не сам по себе, а по сложной электрон-транспортной цепи.

Она представляет собой пара протеиновых комплексов, сидящих во внутренней мембране митохондрий. (Внешняя мембрана отделяет митохондрии от окружающей её цитоплазмы, внутренняя дробит митохондриальный количество на две части для удобства проведения химических реакций.) Белки цепи передают друг другу электрон, пока последний из них не пошлёт его на кислород. В подробности мы углубляться не будем, скажем только, что в следствии энергия, высвободившаяся при окислении питательных веществ, запасается в молекуле АТФ – в таком виде энергию весьма легко применять в самых различных реакциях.

Учитывая фундаментальную роль, которую играются митохондрии в жизни клетки, не следует удивляться тому интересу, что к ним испытывают биологи. И, не смотря на то, что структура электрон-транспортной цепи понятна нам не только в общем, но и во многих подробностях, тут остаётся ещё достаточно белых пятен.

В частности, имеется большое количество что изучить в поведении образующих её белков, например, цитохрома С. Так именуют одного из серьёзных электронных переносчиков: цитохром С всё время бегает по поверхности внутренней митохондриальной мембраны, беря электрон у одного протеинового комплекса и отдавая его второму. Что конкретно происходит между митохондриальными мембранами и с самим цитохромом С при переносе электронов? На данный вопрос возможно было бы ответить посредством способа так называемой огромной либо поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии (кроме этого SERS – surface-enhanced Raman spectroscopy либо спектроскопия огромного комбинационного рассеяния).

Свет, что, как мы знаем, имеется поток фотонов, падая на какой-то предмет, меняет собственные характеристики, например, частоту колебаний (так как свет кроме этого частный случай электромагнитной волны). Про такие трансформации говорят, что излучение рассеивается.

Существует два вида рассеяния – релеевское, либо упругое, при котором фотон отскакивает от препятствия, как мячик, не меняя собственной частоты, и рамановское (комбинационное), либо неупругое, при котором фотон при соударении с молекулой меняет и её энергетическое состояние, и собственное собственное. По тому, что случилось с излучением, возможно определить о строении молекулы в тот момент, в то время, когда с ней неупруго столкнулся свет. Физики скоро обучились особыми спектрометрами разделять рамановские фотоны от релеевских, но беда в том, что такие неупругие столкновения происходят нечасто, на пара порядков реже упругих, релеевских столкновений, в следствии чего комбинационное рассеяние оказывается весьма не сильный и во многих случаях владеет такой низкой интенсивностью, что его нельзя зарегистрировать.

Решение проблемы было обнаружено, в то время, когда в первой половине 70-ых годов XX века стало известно, что рамановские фотоны возможно многократно усилить. В случае если объект, рассеивающий свет, находится вблизи наноструктурированной железной поверхности, то интенсивность рассеяния возрастает в миллиарды раз.

До конца обстоятельства этого результата не ясны, но считается, что тут трудятся плазмоны – квазичастицы, воображающие собой осцилляции поверхностных электронов довольно положительно заряженных ядер металла, заключённого в наноструктуру. При совпадении собственной частоты плазмона и рамановского фотона появляется резонанс, что и разрешает сделать видимым практически невидимое. На базе для того чтобы усиления скоро показалась и соответствующая спектроскопия – SERS.

Биологи скоро осознали, что посредством SERS возможно большое количество определить о работе биомакромолекул молекул, не разрушая клетку и её органеллы. Но активные попытки применять поверхностно-усиленную рамановскую спектроскопию, начавшиеся с середины 2000-х годов, до сих пор особенных удач не приносят. Одно из основных препятствий заключалось в самих усиливающих рассеяние наноповерхностях: они или не дают резонанс на нужных частотах, или оказываются токсичны для биологического материала, или разрушаются, будучи помещены в физиологическую жидкость.

Исследователям из Столичного национального университета вместе с сотрудниками из Германии и Дании удалось решить проблему: они смогли разглядеть рамановское рассеяние, создаваемое молекулами упомянутого выше цитохрома С «вживую», другими словами прямо в митохондриях, чего до сих пор никто не делал. Поиск ответа продолжался пара лет: по словам Надежды Браже, первого соавтора статьи в Scientific Reports, дабы создать подходящую наноструктуру и создать новые методические приёмы для работы с ней и с митохондриями, пригодились консолидированные силы биологов, химиков и физиков, экспертов в нанохимии и материаловедении.

В следствии оказалась сложноструктурированная серебряная поверхность, на которой разбавленную суспензию митохондрий облучали не сильный лазерным пучком, а потом разбирали полученные спектры SERS. Оказалось, что при таковой постановке опыта происходило многократное усиление комбинационного рассеяния лишь от молекул цитохрома С, благодаря чему возможно было подробно изучить трансформации, происходящие в его структуре при синтезе и переносе электронов АТФ. синтез и Поток электронов АТФ в митохондриальных мембранах то запускали, то останавливали, и трансформации, происходившие наряду с этим с молекулами белка, были прекрасно видны в регистрируемых спектрах.

В этом случае серьёзны кроме того не столько конкретные эти по работе митохондрий, сколько сам способ, что, нужно думать, возьмёт громадное распространение: так как сейчас мы можем применять такую спектроскопию, не разрушая материал, и потому нас ожидает больше серьёзных подробностей, касающихся молекулярной кухни клетки. Сами авторы работы собираются заняться изучением митохондрий, выделенных из скелетных мышц и сердечных у крыс при болезнях сердечно-сосудистой совокупности и сахарном диабете. Как мы знаем, что неполадки, появляющиеся в митохондриях, смогут быть обстоятельством самых различных болезней, и сами они, неизменно трудясь с кислородом, являются источником агрессивных радикалов-окислителей, каковые необходимо всё время держать под контролем, дабы не разрешить развиться окислительному стрессу – так что о практическом значении нового способа возможно и не сказать.

Создатель: Кирилл Стасевич

Источник: nkj.ru

Случайные записи:

Почему ИГИЛ убивает европейцев? (Познавательное ТВ, Артём Войтенков)


Похожие статьи, которые вам понравятся:

Tags:  , ,