Noua tehnologie rezolvă misterul respirației în Tetrahymena

Credit: UC Davis

Tetrahymena, un mic organism unicelular, se dovedește a ascunde un secret surprinzător: face respirație – folosind oxigenul pentru a genera energie celulară – diferit de alte organisme, cum ar fi plantele, animalele sau drojdiile. Descoperirea, publicată pe 31 martie în Ştiinţăevidențiază puterea noilor tehnici în biologia structurală și dezvăluie lacune în cunoștințele noastre despre o ramură majoră a arborelui vieții.

„Am crezut că știm despre respirație din studierea altor organisme, dar asta ne arată cât de mult încă nu știm”, a spus Maria Maldonado, cercetător postdoctoral în Departamentul de Biologie Moleculară și Celulară de la Universitatea din California, Davis și co. -primul autor pe lucrare.

Tetrahymena este un gen de organisme unicelulare cu viață liberă, care se găsesc de obicei înotând liniștit în jurul iazurilor, batându-și haina de fire de păr minuscule sau cilii. La fel ca noi, sunt eucariote, cu materialul lor genetic într-un nucleu. Ele aparțin unui grup mare și divers de organisme numit supergrup SAR. Cu câteva excepții, cum ar fi parazitul malariei Plasmodium, supergrupul SAR este puțin studiat.

„Este o proporție uriașă a biosferei, dar nu ne gândim prea mult la ele”, a spus Maldonado.

Ca toate celelalte eucariote – și unele bacterii – Tetrahymena consumă oxigen pentru a genera energie prin respirație, a spus James Letts, profesor asistent de biologie moleculară și celulară la Colegiul de Științe Biologice UC Davis.

Oxigenul intră la sfârșitul serii de reacții chimice implicate în respirație. Electronii trec printr-un lanț de proteine ​​situat în structuri numite cristae în membrana interioară a mitocondriei. Acest lucru conduce la formarea apei din atomii de oxigen și hidrogen, pompând protoni peste membrană, care, la rândul său, conduce la formarea ATP, un depozit de energie chimică pentru celulă. Acest lanț de transport de electroni este fundamental pentru respirația pe bază de oxigen la oameni și alte eucariote.







Harta densității proteinei din lanțul de transport de electroni Tetrahymena cu rezoluție aproape atomică obținută din microscopia crio-electronică a probelor mixte. Credit: Letts Lab, UC Davis

Noi abordări în biologia structurală

Au existat indicii că există ceva diferit în legătură cu lanțul de transport de electroni din Tetrahymena, a spus Letts. În anii 1970 și 80, oamenii de știință au descoperit că proteina sa purtătoare de electroni – citocromul c— și enzima consumatoare de oxigen de la capătul lanțului — oxidaza terminală — funcționează diferit față de cele de la plante și animale. Până acum, nu a fost clar exact cum sau de ce aceste enzime diferă în Tetrahymena atunci când au fost conservate în alte eucariote studiate.

Maldonado, Letts și co-primul autor Long Zhou au folosit noi abordări în biologia structurală pentru a descoperi lanțul de transport de electroni Tetrahymena. Acestea au inclus o abordare proteomică structurală prin crio-microscopie electronică – elaborarea structurilor unui număr mare de proteine ​​într-o probă mixtă în același timp.

Microscopia crio-electronică îngheață probe la temperaturi extrem de scăzute, creând imagini la rezoluție aproape atomică. În loc să imagineze o singură proteină purificată, echipa a lucrat cu probe mixte izolate din membranele mitocondriale și apoi a predat un algoritm pentru a recunoaște structurile înrudite.

În acest fel, ei au putut să scaneze prin sute de mii de imagini cu proteine ​​și să identifice structurile a 277 de proteine ​​în trei ansambluri mari, reprezentând lanțul de transport de electroni Tetrahymena la rezoluție aproape atomică. Unele dintre aceste proteine ​​nu au nicio genă care se potrivește în baza de date cunoscută a genomului Tetrahymena, ceea ce arată că trebuie să existe lacune în genomul de referință disponibil.

Dezvăluind lacunele în cunoștințele noastre despre un organism destul de comun, lucrarea arată punctele noastre oarbe în ceea ce privește biodiversitatea, a spus Letts. De asemenea, arată potențialul acestor noi metode în biologia structurală ca instrument de descoperire, a spus el.

O parte a lucrării a fost realizată cu microscoape crio-electroni la centrul de bază BioEM de la Colegiul de Științe Biologice UC Davis. Autorii suplimentari ai lucrării sunt Abhilash Padavannil și Fei Guo, ambii la UC Davis. Zhou este acum la Școala de Medicină a Universității Zhejiang, Hangzhou, China.


Oamenii de știință dezvăluie structura generatoarelor de energie ale plantelor


Mai multe informatii:
Long Zhou et al, Structurile lanțului respirator al Tetrahymenei dezvăluie diversitatea metabolismului nucleului eucariotic, Ştiinţă (2022). DOI: 10.1126/science.abn7747. www.science.org/doi/10.1126/science.abn7747

Citare: O nouă tehnologie rezolvă misterul respirației în Tetrahymena (2022, 31 martie) preluat la 2 aprilie 2022 de la https://phys.org/news/2022-03-technology-mystery-respiration-tetrahymena.html

Acest document este supus dreptului de autor. În afară de orice tranzacție echitabilă în scopul studiului sau cercetării private, nicio parte nu poate fi reprodusă fără permisiunea scrisă. Conținutul este oferit doar în scop informativ.

Leave a Comment

Your email address will not be published.