Znajdź zawartość

Zamiłowanie mieszkańców Kraju Kwitnącej Wiśni do miniaturyzacji jest znane w całym świecie. Wszystko wskazuje jednak na to, że nawet najmniejsze japońskie zegarki nie dorównują temu, który sami Japończycy odkryli niedawno... w komórce prymitywnej bakterii gatunku Synechococcus elongatus. Dzięki złożonemu z zaledwie kilku białek mechanizmowi bakteria steruje rytmem dobowym własnego życia. Jest to najprostszy odkryty dotąd zegar biologiczny i jednocześnie jedyny, którego pracę udało się zaobserwować na poziomie pojedynczych białek. Bakteria, o której mowa, należy do tzw. cyjanobakterii, występujących pospolicie w zbiornikach wodnych. Jest organizmem samożywnym, zdolnym do fotosyntezy. Szacuje się nawet, że 25% energii wytwarzanej drogą syntezy przez organizmy wodne jest powstaje właśnie dzięki S. elongatus. Nic dziwnego, że bakteria ta jest silnie uzależniona od rytmicznych zmian dnia i nocy. Sercem biologicznego zegara bakterii są trzy białka, nazwane KaiA, KaiB oraz KaiC. Japońscy badacze odkryli, że ostatnie białko podlega cyklicznie reakcji fosforylacji i defosforylacji (przyłączanie i odłączanie reszt kwasu fosforowego). Reakcje te regulują zdolność KaiC do tworzenia kompleksów, zwanych periodosomami (w wolnym tłumaczeniu byłyby to "ciałka okresowe"). Naukowcy zbadali dokładną strukturę powstających periodosomów i w ten sposób stworzyli prawdopodobny model regulacji rytmu dobowego przez bakterię. Dr Shuji Akiyama, główny autor odkrycia, opowiada: Pomimo radykalnego postępu w poznawaniu struktur białkowych, dokładny związek pomiędzy procesem składania i rozkładania, a fosforylacją KaiC nie był do niedawna dobrze znany. Było tak głównie dlatego, że ciężko jest zrozumieć złożone wewnątrzkomórkowe mechanizmy wyłącznie na podstawie statycznych obrazów pojedynczych komponentu zegara. Przełom nastąpił, gdy naukowcy wymyślili sposób na obserwację cząsteczek w czasie rzeczywistym. Aby to umożliwić, użyli techniki prześwietlania wąskimi strumieniami promieniowania X, czyli SAXS (od ang. Small-Angle X-ray Scattering). Dzięki temu zauważyli, że początkowa synchronizacja procesu zachodzi dzięki składaniu i rozbijaniu kompleksu białkowego. Gdy zegar zostanie "ustawiony", zadanie cyklicznej zmiany zachowań białek są zależne od fosforylacji i defosforylacji proteiny KaiC. Od obecności grupy fosforanowej przy białku zależy, czy pozostałe proteiny, czyli KaiA oraz KaiB, będą w stanie utworzyć kompleks razem z białkiem nadającym rytm procesowi. Z kolei cykliczne powstawanie i rozpad kompleksów są dla komórki informacją o upływie czasu. Dotychczas nie został poznany sposób, w jaki bakteria wykorzystuje informację o porze dnia lub nocy. Jest jednak niemal pewne, że utrzymanie tak złożonej maszynerii we własnych komórkach ma dla S. elongatus istotne znaczenie, tak samo, jak ważne jest dla wyższych organizmów.