Ученые раскрыли структуру ключевого фермента карбоксисом — природных наномашин для фиксации CO₂

Исследователи из Университета Ливерпуля и Ньюкаслского университета определили, как в бактериях собираются микроскопические компартменты — карбоксисомы. Эти белковые наномашины играют ключевую роль в захвате и преобразовании углекислого газа (CO₂).

Используя метод крио-электронной микроскопии одиночных частиц, команда получила структуру фермента карбоангидразы (CsoSCA) из бактерии Halothiobacillus neapolitanus с разрешением, близким к атомному. Также были созданы синтетические «мини-оболочки» карбоксисом для изучения организации фермента внутри них.

Ключевые открытия:

• Фермент карбоангидраза образует необычную гексамерную (шестикомпонентную) структуру.
• Инкапсуляция фермента в оболочку происходит за счёт гибких, неспецифических взаимодействий с белками оболочки. Это опровергает предыдущие предположения о необходимости специального линкерного белка.
• Часть фермента взаимодействует с другим критическим ферментом фиксации CO₂ — Rubisco. Это указывает на модульный «конструктор», который бактерии используют для оптимизации своей системы улавливания углерода.

Исследователи предложили новую модель организации карбоксисом, объясняющую пространственную координацию ферментов для максимальной эффективности.

Потенциальные применения:

• Усиление фиксации CO₂ в сельскохозяйственных культурах для повышения урожайности.
• Создание наноматериалов для катализа или биосенсорики.
• Разработка биоинспирированных технологий для улавливания углерода.

Профессор Лунинг Лю, ведущий автор исследования, отметил: «Визуализируя, как природа строит эти крошечные фабрики по фиксации углерода, мы можем начать воспроизводить и перепроектировать их для целого ряда устойчивых технологий».

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.