Naukowcy z Zakładu Biofizyki Molekularnej odkryli związek między stabilnością wiązania wodorowego w pobliżu hemu b cytochromu bc1 a jego właściwościami oksydoredukcyjnymi i stanem spinowym warunkującym właściwe funkcjonowanie białka.

Cytochrom bc₁ (mitochodrialny 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 Uniwersytetu Helsińskiego w Finlandii) ujawniły, że stabilizacja wiązania wodorowego w rejonie reszt propionowych hemu podnosi potencjał oksydoredukcyjny (E_m) 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 E_m, przy czym zakres zmian jest ograniczony koniecznością utrzymania właściwego stanu spinowego hemu. Można przypuszczać, że zasada ma charakter uniwersalny odnosząc się do innych białek hemowych a przez to może się też stać pomocna w projektowaniu sztucznych białek/aktywnych redoksowo układów zawierających hemy. 

Praca ukazała się w czasopiśmie „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America” (PNAS), IF₂₀₂₀ = 11,205. Jej współautorami z UJ są Patryk Kuleta, Marcin Sarewicz, Iwona Ekiert, Robert Ekiert i Artur Osyczka, a z Finlandii: Jonathan Lasham i Vivek Sharma. Projekt był finansowany przez FNP (grant HOMING PLUS dla dra Roberta Ekierta) oraz z funduszy NCN (grant MAESTRO dla prof. Artura Osyczki).

Praca jest dostępna pod adresem: https://www.pnas.org/content/118/33/e2026169118