ArticleAtoms to Phenotypes: Molecular Design Principles of Cellular Energy Metabolism

Beszámolunk egy teljes sejtorganella, egy lila baktérium fotoszintetikus kromatofór vezikulájának 100 millió atomi méretű modelljéről, amely feltárja az energiaátalakítási lépések kaszkádját, amely az ATP napfényből történő előállításában csúcsosodik ki. E vezikulum molekuladinamikai szimulációi megvilágítják, hogy az integrális membránkomplexek hogyan befolyásolják a helyi görbületet a pigmentek fénygerjesztésének beállítása érdekében. A kromatofórban lévő kismolekulák Brown-dinamikája a töltés irányított transzportjának mechanizmusát vizsgálja különböző pH- és sótartalmi körülmények között. A fenotípusos tulajdonságokat az atomisztikus részletekből reprodukáló kinetikai modell azt mutatja, hogy a baktérium gyenge fényhez való alkalmazkodása a kromatofór szerkezeti integritása és a robusztus energiaátalakítás közötti egyensúly optimalizálásának spontán eredményeként jön létre. Párhuzamot vonunk az univerzálisabb mitokondriális bioenergetikai gépezettel, amelyből molekuláris szintű betekintést nyerhetünk a sejtek öregedésének mechanizmusába. Integráló módszerünk és spektroszkópiai kísérleteink együttesen megnyitják az utat a teljes élő sejtek első elvi modellezése felé.