Изкуствена клетка използва светлинна енергия за синтез на протеини

Японски учени направиха изкуствена клетка, която самостоятелно синтезира енергия и протеини.

Резултатите от работата им са публикувани в списание Nature communications.

Опитите за изграждане на изкуствена клетка ни позволяват да разширим разбирането си за живата природа. Много клетъчни системи са реконструирани от биомолекули, но, доколкото е известно, те не притежават независими механизми за синтез на различни вещества и извличане на енергия.

За да се превърне една изкуствена клетка в енергонезависима система, е необходимо да се създаде циклична система за потребление и производство на енергия, контролирана от неограничен външен физически или химически енергиен източник. За енергиен синтез са достатъчни изкуствена мембрана, съдържаща протеини на ATФ синтазата и бактериородопсин.

Бактериородопсинът, абсорбиращ жълтите дължини на вълните, прехвърля протони (Н⁺) от едната страна на мембраната на другата. Полученото неравенство в концентрацията на положително заредените йони от различните страни на мембраната - протонния градиент - позволява на ензима АТФ синтаза да синтезира високоенергийни АТФ молекули, които са основният енергиен еквивалент на клетката.

По-нататък АТФ молекулите могат да бъдат използвани като субстрат за синтез на РНК от ДНК матрицата (транскрипция) и като енергиен източник за синтез на протеини, превеждайки информацията, кодирана в нуклеотидната последователност на молекулата на РНК в аминокиселинна последователност (транслация). Така двата етапа на биосинтеза на протеини получават необходимото си за процеса.

^{Синтез на аденозин трифосфат (АТФ), управляван от светлина чрез изкуствени органели. Схема на изкуствената фотосинтезираща капсулирана в клетката изкуствена органела, която се състои от бактериородопсин (bR) и FoF1-ATФ синтаза (FoF1). Синтезираният АТФ се консумира като субстрати за информационната РНК (мРНК), като енергия за фосфорилиране на гуанозин дифосфат (GDP - ГДФ) или като енергия за аминоацилиране на транспортна РНК (тРНК). Artificial photosynthetic cell producing energy for protein synthesis. Samuel Berhanu, Takuya Ueda & Yutetsu Kuruma} 

След оптимизиране на технологията на образуване на протеолипозоми с бактериородопсин и АТФ синтаза, изследователският екип успя да получи АТФ в милимоларни количества вътре в изкуствената клетка. След 6 часа осветяване се получават 4,6 микромола АТФ за 1 милиграм АТФ синтаза.

Обединявайки изкуствените органели и системата за безклетъчен синтез на протеини учените създават изкуствена фотосинтезираща клетка. За синтеза е избран флуоресциращ в зелено протеин, който позволява лесно да се открие натрупването му в системата. След 6 часа на облъчване на образеца със светлина, клетките са демонстрирали интензивна флуоресценция.

„По този начин изкуствените клетки могат да произвеждат енергия, за да синтезират своите собствени компоненти“, обяснява Ютецу Курума (Yutetsu Kuruma) от Токийския технологичен университет и съавтор на статията. "И тъй като изкуствените клетки могат да бъдат енергийно независими, в бъдеще е възможно да се изграждат самоподдържащи се клетки".

Още по темата

22/01/2015

Животът

Хроника на синтетичната биология