Naše těla jsou vyrobena z buněk. Každá buňka je polévka menších komponent, všechny pracují na provedení různých funkcí těla. Snad nejznámější z těchto složek jsou proteiny-dlouhé řetězce aminokyselin, které buňky vytvářejí s pokyny z DNA. Když se změní DNA, buňka je schopna vyrobit nové proteiny, někdy s novými funkcemi, a tímto způsobem se proteiny chápe jako nedílnou součást evoluce.
Nový výzkum však zjišťuje, že to může být také úzký pohled, který postrádá další způsoby, jak se vyvíjíme.
„Lipidy tvoří až 30% (suché hmotnosti) živých buněk. Ale lidé je však považují pouze za skořápky,“ řekl Sven Gould, evoluční biolog buněčného institutu pro molekulární vývoj v Düsseldorfu.
Čas na aktualizovaný pohled
Lipidy jsou v buňkách tuk. Obraz učebnice buněčné membrány (což je to, co Gould myslel „skořápkou“), ukazuje proteiny, které se jostling v posteli lipidů. Vědci o těchto membránových proteinech hodně vědí. Odhaduje se, že asi 25% všech lidských proteinů je umístěno v membránách. Provádějí mnoho funkcí: jako receptory se vážou na specifické molekuly mimo buňku; Jako kanály umožňují vstoupit do specifických molekul a opustit buňku; A jako katalyzátory pomáhají urychlit chemické reakce.
Na druhé straně je chápání lipidů vědců omezeno na jejich roli balicího materiálu jako na věci, které drží proteiny. Ve skutečnosti se často představují, že jsou uspořádány v homogenní vrstvě vyrobené z kulatých hlav a dlouhých, plynulých ocasů – hotové pro proteiny, které mají být jen upuštěny.
A Studie zveřejněna nedávno v Přírodní komunikace Z laboratoře Swasti Raychaudhuriho v CSIR-CENTRE pro buněčnou a molekulární biologii, Hyderabad, zpochybňuje tento názor.
Komplex RC1
Studie týmu se zaměřila na skupinu membránových proteinů zvaných respirační komplex 1 (RC1). RC1 a další podobné komplexy jsou pro buňky nezbytné k produkci energie, když tělo dýchá kyslík. Nacházejí se v mitochondriálních vnitřních membránách všech eukaryotických buněk, které vyžadují dýchání kyslíku – včetně našeho.
RC1 je největší z těchto respiračních komplexů. U lidí je to tupý komplex vyrobený ze 44 proteinů u lidí. Některé z proteinů jsou vyrobeny v cytoplazmě buňky a některé uvnitř mitochondrií. Najdou cestu k mitochondriální vnitřní membráně za vzniku komplexu.
Aby studovali RC1, vědci jej rozdělili do tří částí: jeden, který čelí vnitřku mitochondrií a katalyzovaných reakcí na produkci energie během dýchání; ten, který se pohybuje přes mitochondriální vnitřní membránu bohatý na lipidy a působí jako kanál pro ionty vodíku; a ten, který se rozprostírá do prostoru mezi vnitřní a vnější mitochondriální membrány a jejichž přesné role dosud nejsou pochopeny.
Protože RC1 je nezbytný pro dýchání v živých buňkách, očekává se, že mutace v něm způsobí onemocnění. Při hledání známých mutací RC1 spojené s nemocemi výzkumný tým zjistil, že v části mezi membrány RC1 něco neočekávaného: Polovina mutací byla v oblastech, které interagují s lipidy v mitochondriálních membránách.
Proteiny a lipidy společně
Po dalším zkoumání vědci zjistili, že mezi membránové části RC1 a lipidy v membránách nejsou stejné ve všech formách života. Rostliny a zvířata mají různé verze. Pomocí přesných biochemických technik vědci zkoumali lipidovou odrůdu v buňkách a zjistili, že rostlinné lipidy mají strukturu výstřední než jejich protějšky zvířat. Přiřadili to pěstování lipidů, které jsou bohaté na polynenasycené mastné kyseliny.
Pomocí výpočetních modelů pak tým porovnával afinity mezi inter-membránovými proteiny lidských a rostlinných RC1 a lidským a rostlinným lipidem zvaným kardiolipin. Je to nejvýznamnější lipid nalezený v mitochondriálních membránách.
Zjistili, že proteiny v lidských buňkách preferují lidské lipidy před rostlinnými lipidy a naopak. Podobně, v kultivovaných buňkách, když členové týmu vložili část rostliny RC1, která čelí lipidům v membránách do lidských mitochondriálních membrán, zjistili, že komplex se rozpadne. Jinými slovy, komplex RC1 potřebuje kardiolipin z organismů stejného království, aby si udržel svou fyzickou integritu. Tým dospěl k závěru, že určité podrobnosti ve strukturách a složení lipidů rozhodují, které proteiny s nimi mohou existovat.
Vědci, kteří jdou o krok dále, navrhli, aby se membránové lipidy postupem času vyvinuly, aby vyhovovaly potřebám přežití různých organismů. Kinkier ocasy rostlinných lipidů nabízejí větší strukturální flexibilitu v membránách. To by mohlo být proto Organismy podobné rostlinám čelili variagovaným environmentálním stresem v historii, jako je sucho, teplo a slanost, a těží z strukturálně flexibilních lipidů.
Důležité je, že by se proteiny musely společně vyvíjet s lipidy, aby správně fungovaly.
Potřeba nových nástrojů
Ve skutečnosti může být nová studie první, kdo podporuje myšlenku koe-evoluce lipid-proteinů v mitochondriálních membránách. Samozřejmě také drží předchozí výzkum, který prokázal, jak lipidy a proteiny křížové pronásledování v jiných membránách uvnitř buněk.
„Většina laboratoří studuje role DNA, RNA a proteinů v evoluci, protože kolem ní rostla velká komunita,“ řekl Gould. „Evoluce se však děje prostřednictvím všech druhů molekul, které tvoří živé buňky, a musíme je studovat.“
Nejen v evoluci: Studie také otevírá možnost lépe porozumět lidskému zdraví. Léky, jako jsou statiny, se běžně používají k kontrole cholesterolu – další prominentní lipid – v buňkách. Jak vědci rozvíjejí plnější pochopení eseje lipidů rolí, mohou posoudit a optimalizovat dlouhodobé používání látek, jako jsou statiny. Role lipidů při kontrole vstupu patogenů do buněk také vyžaduje pozornost.
Tyto studie však také vyžadují sofistikovanější biologické nástroje, které dosud neexistují. Lipidy jsou složitější molekuly než proteiny. Zatímco proteiny jsou dobře srozumitelné polymery sestávající z 20 aminokyselin uspořádaných různými způsoby, lipidy jsou vyrobeny z mastných kyselin, které se liší v délce a chemickém složení. Zejména jejich složení je řízeno pouze částečně geny jednotlivce; Zbytek je ovlivněn stravou a dalšími faktory prostředí. Existující nástroje ke studiu lipidů také nedosahují při účetnictví těchto složitosti.
„Je nesmírně obtížné rekonstruovat lipidy v laboratořích. A membránové proteiny jsou nejtěžší. Výpočetní metody se však vyvinuly rychleji než biochemické nástroje,“ dodal Gould. „Tito budou inspirovat více vědců, aby se ujali lipidové biochemie? To je třeba vidět.“
Je však jasné, že obrazy učebnice a vědecká představivost musí změnit své postoje k membránovým lipidům. LDL, HDL, triglyceridy a cholesterol jsou již součástí našeho každodenního vědomí. Další studium těchto a dalších lipidů tak může pomoci zlepšit lékařskou péči a zvýšit náš pohled na evoluci. Je to oboustranně výhodné.
Somdatta Karak, PhD Heads Science Communication a veřejný dosah na CSIR-CENTRE pro buněčnou a molekulární biologii, Hyderabad.
Publikováno – 24. dubna 2025 05:30
