Говорят, лучше один раз увидеть. Но потребовались миллионы снимков, чтобы понять сложную химию фермента, который превращает сераорганические соединения, часто встречающиеся в фруктах, овощах, алкоголе и бензине, в бесцветный газ, известный своим характерным запахом.

Большинство из нас наблюдали — точнее сказать, нюхали — работу сульфитредуктазы. Этот белковый фермент катализирует химическое восстановление сульфита до сероводорода. Сероводород — это запах тухлых яиц, который возникает при разложении органики и часто ассоциируется с очистными сооружениями и свалками.

Но до сих пор ученые не могли получить визуальное изображение структуры этого фермента, что ограничивало полное понимание его работы. В Университете штата Флорида эту проблему решили и опубликовали свои результаты в журнале Nature Communications.

«Искусственный интеллект стал лучше предсказывать структуры белков, но в конечном итоге это не данные. Наше исследование дает первичные знания, необходимые для более глубокого понимания такой структуры», — пояснила профессор биологии Элизабет Строуп.

Как этого добились?

Исследователи использовали передовую технику — криоэлектронную микроскопию (крио-ЭМ), чтобы визуализировать 3D-структуру этого фермента. Крио-ЭМ позволяет ученым непрерывно фиксировать изображения химических реакций, предоставляя необходимые данные для визуализации структуры.

Для неподготовленного глаза белковые молекулы кажутся запутанными химическими цепочками, но ученым четкая 3D-визуализация позволяет увидеть точное расположение атомов и перенос электронов между ними.

«Я представляю это йо-йо в форме осьминога, потому что молекула особенно гибкая», — сказала Строуп.

Почему это важно?

Эта работа позволяет разобраться, как контролировать или управлять химическими реакциями — процесс, часто используемый фармацевтическими и промышленными компаниями при разработке продуктов с этими химическими веществами.

«Есть и экологические последствия. Некоторые бактерии используют серу в качестве источника энергии, так же как люди или другие живые существа используют кислород. Это помогает понять, как некоторые из этих бактерий выживают в анаэробных условиях», — добавил аспирант Бехруз Гази Эсфахани, соавтор работы.

Что дальше?

Это исследование стало большим шагом к лучшему пониманию работы сульфитредуктазы, но остаются нерешенные вопросы о ее функционировании в составе более крупных белковых комплексов, а также о том, как работают похожие ферменты у других организмов — например, у возбудителя туберкулеза, который зависит от серы для выживания в организме человека. Лаборатория Строуп продолжает работать над этой проблемой, а также над другими вопросами, связанными со структурой процессов метаболизма серы.