W jaki sposób komórki zapobiegają akumulacji metali ciężkich

Wiele metali przejściowych, w tym miedź, cynk i kobalt, odgrywa pierwszoplanowe role w procesach biochemicznych. Są więc kluczowe dla aktywności metabolicznej komórki i jej przetrwania. Natomiast kadm, rtęć i ołów są toksyczne i upośledzają pewne szlaki biochemiczne. Komórki wypracowały więc ewolucyjnie mechanizmy usuwania tych metali ze środowiska wewnętrznego.

Metale ciężkie są wydalane z komórki poprzez transbłonowe ATPazy typu P1B, które wykorzystują energię z ATP. Jednakże szczegółowy mechanizm działania tych systemów molekularnych nie jest jeszcze poznany.

Naukowcy z finansowanego przez UE projektu P1BPUMPS (Structural and functional characterization of molecular nanomachines: principles of transition metal selectivity and transport in heavy metal P1B-type ATPases) wykorzystali interdyscyplinarne metody strukturalne oraz biochemiczne, aby uzyskać informacje molekularne o strukturze i funkcjach tych transporterów. Z powodzeniem dokonali oni ekspresji i oczyszczenia rekombinowanych białek z różnych gatunków archeonów i bakterii w celu określenia ich charakterystyki strukturalnej, biochemicznej, biofizycznej i czynnościowej. Określili też selektywność licznych ATPaz typu P1B względem metali i zbadali ich działania typu uniport lub antyport.

Konsorcjum wykorzystało różne techniki spektroskopowe, aby zidentyfikować miejsca wiązania metali i określić geometrię tych wiązań, jak również chemiczne podstawy przenoszenia przez nie metali. Ponadto naukowcy zrekonstruowali oczyszczone białka w sztucznych dwuwarstwach lipidowych i wykorzystali sondy fluorescencyjne do monitorowania transportu metali w czasie rzeczywistym.

Reasumując, działalność uczestników badania P1BPUMPS pomogła w wyjaśnieniu molekularnych podstaw transportu metali przez błony biologiczne. Co istotne, wyjaśnienie struktury i funkcji tych pomp ATPazowych typu P1B pomoże w projektowaniu modulatorów ich aktywności.