Ett team av forskare har fått den första detaljerade titten på hur ett molekylärt pariserhjul levererar protoner till cellulära fabriker, vilket ger nya insikter om hur celler genererar energi.

Forskningen, publicerad i tidskriften Nature, fokuserar på ett proteinkomplex som kallas ATP-syntas, som finns i mitokondriernas inre membran, cellernas kraftverk. ATP-syntas använder energin från en protongradient för att generera adenosintrifosfat (ATP), cellens huvudsakliga energivaluta.

ATP-syntaskomplexet består av två roterande subenheter, kallade F1- och F0-subenheter. F1-subenheten innehåller det katalytiska stället där ATP syntetiseras, medan F0-subenheten är ansvarig för att generera protongradienten.

Den nya studien, ledd av forskare vid University of California, Berkeley, avslöjar hur F0-subenheten av ATP-syntas använder en serie protonbindande platser för att transportera protoner över membranet. Protonerna är bundna till platserna i en specifik ordning, och när F0-subenheten roterar passerar protonerna från ett ställe till nästa tills de når det katalytiska stället i F1-subenheten.

Denna process liknar det sätt som ett pariserhjul transporterar människor från en plats till en annan. Protonerna är bundna till de protonbindande platserna som människor är bundna till sätena i ett pariserhjul. När pariserhjulet roterar transporteras människorna till toppen av hjulet, där de kan gå av.

När det gäller ATP-syntas transporteras protonerna till det katalytiska stället, där de används för att generera ATP. Denna process är avgörande för cellens överlevnad, eftersom ATP krävs för en mängd olika cellulära funktioner, inklusive celltillväxt, rörelse och metabolism.

Den nya studien ger en detaljerad förståelse för hur ATP-syntas fungerar, och det kan leda till utvecklingen av nya läkemedel som riktar sig mot detta komplex. Sådana läkemedel skulle kunna användas för att behandla en mängd olika sjukdomar, inklusive cancer och hjärtsjukdomar.

"Denna forskning är ett stort genombrott i vår förståelse av hur celler genererar energi", säger seniorförfattaren i studien Dr. John Walker, professor i molekylärbiologi vid University of California, Berkeley. "Insikterna från denna studie kan leda till utvecklingen av nya behandlingar för en mängd olika sjukdomar."