В то время как у людей есть только один тип этих оксидаз, модельный бактериальный организм Escherichia coli (E. coli) доступны три альтернативных фермента. Чтобы лучше понять, почему E. coli и другие бактерии нуждаются во множественных оксидазах, проф. Беттина Ботчер из Центра Рудольфа Вирхова в сотрудничестве с проф. Торстен Фридрих (Университет Фрайбурга) определил молекулярную структуру цитохром bd оксидазы из E. кишечная палочка.
Этот тип оксидазы встречается только у бактерий и микробных архей.
У бактерий есть другие типы оксидазы
Одноименные цитохромы, два типа b и один типа d, являются ключевыми железосодержащими группами, которые обеспечивают функцию оксидазы.
На цитохроме d кислород связывается и превращается в воду. Определение структуры показало, что архитектура цитохром bd оксидазы из E. coli очень похожа на структуру другой бактерии, Geobacillus thermodenitrificans. «Однако, к нашему большому удивлению, мы обнаружили, что цитохром b и цитохром d изменили положение и, следовательно, место конверсии кислорода в ферменте», – сообщает профессор.
Торстен Фридрих.
Причиной этого изменения может быть то, что цитохром bd-оксидаза может выполнять вторую функцию: помимо выработки энергии, она может служить для защиты от окислительного стресса и стресса нитроксидами.
Особо патогенные штаммы бактерий проявляют высокую активность цитохром bd оксидазы. Поскольку у людей нет этого типа оксидазы, эти результаты могут, кроме того, предоставить важные указания на разработку новых противомикробных препаратов, нацеленных на цитохром bd-оксидазу патогенов, таких как микобактерии.
Важным для этого успеха стал новый высокопроизводительный электронный микроскоп, который с 2018 года эксплуатируется под руководством проф. Бутчер в Центре Рудольфа Вирхова. «Цитохром bd-оксидаза представляла собой сложный образец для криоэлектронной микроскопии, потому что это один из мельчайших мембранных белков, структура которого была определена с помощью этого метода», – объясняет проф.
Беттина Ботчер.
Особенностями этой техники являются чрезвычайно низкие температуры до минус 180 градусов Цельсия и разрешение, которое перемещается в порядке атомов.
Он позволяет изучать предварительно замороженные биологические молекулы и комплексы в растворе и реконструировать их трехмерную структуру. При напряжении 300 000 вольт микроскоп ускоряет электроны, с помощью которых он «сканирует» образцы.