Международная группа учёных во главе с профессором Мануэлем Маэстре-Рейной из Национального университета Тайваня создала трёхмерный молекулярный фильм, позволяющий проследить работу криптохрома — светочувствительного белка, регулирующего биологические ритмы у растений и животных. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.


Криптохромы воспринимают синий свет, что запускает изменения их структуры. Эти изменения влияют на взаимодействие белков в клетке и регулируют работу генов. Ранее было известно, что белок реагирует на свет, однако точный механизм оставался неизвестным. Чтобы проследить весь процесс, исследователи использовали метод фемтосекундной кристаллографии (TR-SFX) с помощью компактного рентгеновского лазера SACLA в Японии. Им удалось собрать 19 кадров, фиксирующих изменения белка в интервале от 10 наносекунд до 233 миллисекунд после облучения.

Полученный молекулярный фильм показал, как криптохром усиливает слабый фотохимический сигнал, который затем приводит к масштабным изменениям структуры белка. Этот процесс координируется с участием трёх участков белка, действующих синхронно.

На начальном этапе светочувствительный компонент — флавинадениндинуклеотид (ФАД) — захватывает электрон, что запускает нестабильное состояние радикальной пары. В течение наносекунд белок начинает стабилизировать это состояние, а через 100 миллисекунд происходят масштабные перестройки его структуры.

Такие кратковременные радикальные состояния характерны не только для криптохромов, но и для процессов фотосинтеза, клеточного дыхания и, вероятно, восприятия магнитного поля. Механизм действия криптохрома может стать моделью для изучения этих явлений.