Молекула двойного назначения: синтез метана и репарация ДНК в одном флаконе

Археи – небольшая группа непатогенных прокариот, обитающих преимущественно в экстремальных природных условиях (горячих источниках, солончаках и проч.). Интересно, что геном архей примерно на одну треть схож с геномом бактерий, на треть – с геномом эукариот, и еще треть составляют уникальные для этих организмов гены. К археям относится группа так называемых метаногенных архей, которые могут образовывать метан из диоксида углерода и водорода.

В осуществлении химической реакции синтеза метана участвует белок-кофактор F0 или F420, представляющий собой небольшую молекулу деазафлавина. Первоначально он был обнаружен только у метанобразующих архей, и, соответственно, рассматривался в качестве молекулы, присущей только данным организмам. Исследовательская группа под руководством профессора Томаса Керелла (Thomas Carell) из Центра Интегративной Протеомики в Мюнхене (Center for Integrated Protein Science Munich (CiPSM), однако, установила, что данный кофактор присутствует также в клетках эукариот, где он выполняет совершенно другую функцию: деазафлавин принимает участие в репарации ДНК.

Как известно, катализаторы способствуют протеканию химических реакций, не претерпевая при этом каких-либо изменений собственной структуры. В клетках живых организмов эту важную функцию выполняют ферменты. Они создают метаболический фундамент для всех жизненно важных процессов. Ферменты являются инструментом в осуществлении клеточного дыхания: например, они преобразуют кислород в воду и окисляют продукты питания до углекислого газа. В ходе этого высвобождается энергия, необходимая для осуществления жизнедеятельности организмов. Сами по себе ферменты не могут выполнять все многообразие функций, для этого им нужны небольшие молекулы-помощники, или кофакторы. Часть кофакторов синтезируется в клетках, другая – поступает в организм с пищей (например, витамины). Последствия дефицита витаминов служит веским доказательством незаменимости таких молекул.

Производство метана сегодня является одной из наиболее остро стоящих задач в сфере возобновляемых энергетических ресурсов. Метанобразующие археи производят метан, что с точки зрения химии не является чем-то из ряда вон выходящим, однако производство метана с помощью ферментов с помощью небольшой молекулы деазафлавина, известной как кофактор F0 или кофактор F420, весьма эффективно и может эксплуатироваться в промышленных масштабах.


Профессор органической химии Томас Керелл (Center for Integrated Protein Science Munich (CiPSM) http://www.carellgroup.de/

Как было показано, данный кофактор также участвует в процессах репарации ДНК, в частности, при повреждении молекулы ДНК ультрафиолетовыми лучами. «Теперь мы знаем, что кофактор F0/F420 имеется у многих организмов, – сообщил Керолл. – Эта молекула достоверно обнаруживается при репарации ДНК плодовой мушки дрозофилы. Не так давно другая исследовательская группа постулировала, что F0/F420 ответственен за репарацию ДНК растений. Наш взгляд на кофактор F420 как видоспецифическую молекулу метанобразующих архей радикально изменился: этот кофактор широко распространен в природе и необходим не только для синтеза метана, но и для репарации ДНК». Насколько это второе открытие может быть использовано в практике, пока неясно.

По материалам EurekAlert