Многие клетки могут использовать кислород или питательные вещества для выработки топлива, и этот процесс аналогичен во многих организмах, которые используют электронную транспортную цепь. Но ученые обнаружили, что в крошечном организме все не так, как кажется; в одноклеточной тетрагимене клеточное дыхание происходит таким образом, который не похож ни на какие другие клетки. Клеточное дыхание — это основной процесс, который мы считали хорошо понятым, поэтому это открытие является неожиданностью.
“Мы думали, что знаем о дыхании из изучения других организмов, но это показывает нам, как много мы до сих пор не знаем”, — отметила соавтор первого исследования Мария Мальдонадо, доктор философии, аспирант кафедры молекулярной и клеточной биологии Калифорнийского университета в Дэвисе.
Тетрагимены — это свободно живущие морские микробы, которые используют крошечные нити, называемые ресничками, для плавания. Их ДНК содержится в ядре, но в остальном эта группа организмов имеет очень разнообразные характеристики. Мы мало знаем о большинстве из них, хотя малярийный паразит Plasmodium является членом группы.
Во время клеточного дыхания электроны движутся по электронной транспортной цепи во внутренней мембране митохондрий. Протоны одновременно перекачиваются через эту мембрану, и результатом серии биохимических реакций является производство клеточного топлива, известного как АТФ.
Тетрагимены потребляют кислород и вырабатывают энергию за счет дыхания, как эукариотические клетки и некоторые бактерии, отметил Джеймс Леттс, доцент кафедры молекулярной и клеточной биологии в Калифорнийском колледже биологических наук Дэвиса.
Десятилетия назад исследователи обнаружили, что цепь переноса электронов в тетрахимене была другой, сказал Леттс. Молекула, которая перемещает электроны, называемая цитохромом с, и терминальная оксидаза, которая потребляет кислород в конце цепи, отличались от обнаруженных у животных и растений.
Леттс и его коллеги применили криоэлектронную микроскопию к смеси белков из митохондриальной мембраны, а не изолированно, чтобы узнать больше об их функциях. Этот подход выявил структуру близкого атомного уровня 277 белков и цепь переноса электронов тетрагимена. Некоторые белки не соответствовали ни одному гену в текущей базе данных генома Tetrahymena, что говорит о наличии некоторых пробелов в этих данных.
Исследование подчеркивает эти пробелы и потенциал структурной биологии для использования в качестве инструмента открытия, добавил Леттс.
