ArtikelAtoms to Phenotypes: Molecular Design Principles of Cellular Energy Metabolism

Vi rapporterar en modell i 100 miljoner atomskala av en hel cellorganell, en fotosyntetisk kromatophore vesikel från en lila bakterie, som avslöjar kaskaden av energiomvandlingssteg som kulminerar i genereringen av ATP från solljus. Molekyldynamiska simuleringar av vesikeln visar hur de integrerade membrankomplexen påverkar den lokala krökningen för att ställa in fotoexciteringen av pigmenten. Brownsk dynamik av små molekyler i kromatoforen undersöker mekanismerna för riktad laddningstransport under olika pH- och salthaltsförhållanden. Genom att reproducera fenotypiska egenskaper från atomistiska detaljer visar en kinetisk modell att bakteriens anpassningar till svagt ljus uppstår som ett spontant resultat av att optimera balansen mellan kromatofors strukturella integritet och robust energiomvandling. Paralleller dras till det mer universella mitokondriella bioenergimaskineriet, varifrån molekylära insikter i mekanismen för cellulärt åldrande kan härledas. Tillsammans banar vår integrerande metod och våra spektroskopiska experiment väg för modellering av hela levande celler enligt första principer.