Naukowcy z Zakładu Biofizyki Molekularnej Wydziału Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego badając mutację mitochondrialną odkryli, jak wiązania wodorowe wpływają na właściwości hemu w cytochromie. Wyniki badań zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie naukowym Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS). W gronie autorów pracy są laureaci programów FNP: dr Robert Ekiert, laureat programu HOMING Plus* oraz prof. dr hab. Artur Osyczka, laureat programu TEAM POIR**.
Badacze wykazali związek między stabilnością wiązania wodorowego w pobliżu hemu b cytochromu bc1 a jego właściwościami oksydoredukcyjnymi i stanem spinowym warunkującym właściwe funkcjonowanie białka.
Cytochrom bc1 (mitochondrialny kompleks III) jest enzymem biorącym udział w generowaniu siły protonomotorycznej koniecznej do syntezy ATP – uniwersalnego nośnika energii w komórkach. Mutacje w obrębie tego kompleksu mogą stać się przyczyną chorób mitochondrialnych, choć ich związek przyczynowo-skutkowy nie zawsze jest poznany. Odpowiednik jednej z takich mutacji (powodującej u ludzi nietolerancję na wysiłek) wprowadzony do modelowego organizmu bakterii fotosyntetyzującej Rhodobacter capsulatus ujawnił nietypowe właściwości spektralne hemu oraz zaburzenie reakcji enzymatycznych katalizowanych przez kompleks. Pomiary elektronowego rezonansu paramagnetycznego przeprowadzone w temperaturach ciekłego helu uzupełnione symulacjami dynamiki molekularnej (wykonanymi przy współpracy z naukowcami z University of Helsinki w Finlandii) ujawniły, że stabilizacja wiązania wodorowego w rejonie reszt propionowych hemu podnosi potencjał oksydoredukcyjny (Em) hemu destabilizując jednocześnie jego niskospinowy stan w formie utlenionej. Taka destabilizacja jest efektem niepożądanym w kontekście efektywności przepływu elektronu w całym układzie. Na podstawie tych obserwacji zaproponowano zasadę, w myśl której wpływając na stabilizację wiązania wodorowego przy reszcie propionowej hemu możliwe jest modulowanie wartości Em, przy czym zakres zmian jest ograniczony koniecznością utrzymania właściwego stanu spinowego hemu. Przypuszczalnie zasada ta ma charakter uniwersalny i odnosi się także do innych białek hemowych. Może zatem stać się pomocna w projektowaniu sztucznych białek i aktywnych układów zawierających hem, wykorzystywanych m.in w nanotechnologii.
Współautorami pracy, która ukazała się w PNAS, są: Patryk Kuleta, Marcin Sarewicz, Iwona Ekiert, Robert Ekiert i Artur Osyczka z Uniwersytetu Jagiellońskiego oraz Jonathan Lasham i Vivek Sharma z Finlandii. Projekt finansowany był przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej w ramach grantu HOMING Plus dla dra Roberta Ekierta oraz z funduszy NCN (grant Maestro dla prof. Artura Osyczki).
*Program HOMING Plus Fundacji na rzecz Nauki Polskiej oferował subsydia dla młodych uczonych ? Polaków i obcokrajowców pracujących za granicą ? zachęcające do podjęcia pracy badawczej w Polsce. Nabory wniosków do programu były prowadzone w latach 2010-2013. W zakresie nauk należących do kategorii Bio, Info, Techno program był współfinansowany ze środków strukturalnych w ramach Działania 1.2 ?Wzmocnienie potencjału kadrowego nauki? Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka (POIG) 2007-2013.
**Program TEAM jest realizowany przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej ze środków UE pochodzących z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój (POIR), oś IV: Zwiększenie potencjału naukowo-badawczego, Działanie 4.4 Zwiększanie potencjału kadrowego sektora B+R. Celem programu TEAM jest rozwój kadr sektora B+R i wsparcie projektów zespołowych prowadzonych przez wybitnych uczonych z całego świata (niezależnie od ich narodowości) w jednostkach naukowych lub przedsiębiorstwach w Polsce, pracujących w najbardziej innowacyjnych obszarach, z udziałem partnera zagranicznego. Nabory wniosków do programu zostały zakończone.
