ArticleAtoms to Phenotypes: Molecular Design Principles of Cellular Energy Metabolism

Zgłaszamy 100-milionowy model w skali atomowej całej organelli komórkowej, fotosyntetycznej chromatoforowej cząsteczki z purpurowej bakterii, która ujawnia kaskadę kroków konwersji energii kulminujących w generowaniu ATP ze światła słonecznego. Symulacje dynamiki molekularnej tej cząsteczki wyjaśniają, w jaki sposób integralne kompleksy błonowe wpływają na lokalną krzywiznę, aby dostroić fotoekscytację pigmentów. Dynamika Browna małych cząsteczek wewnątrz chromatoforu bada mechanizmy kierunkowego transportu ładunków w różnych warunkach pH i zasolenia. Odtwarzając właściwości fenotypowe z atomistycznych szczegółów, model kinetyczny dowodzi, że adaptacje bakterii do słabego oświetlenia pojawiają się jako spontaniczny wynik optymalizacji równowagi pomiędzy integralnością strukturalną chromatoforu a silną konwersją energii. Zarysowują się analogie z bardziej uniwersalną mitochondrialną maszynerią bioenergetyczną, z której wnioskuje się o molekularnej skali mechanizmu starzenia się komórek. Razem, nasza integracyjna metoda i eksperymenty spektroskopowe torują drogę do modelowania pierwszych zasad dla całych żywych komórek.