Силецкий Сергей Алексеевич
ведущий научный сотрудник

Научная группа Силецкого С.А.

Силецкий С.А. закончил каф. биофизики биологического факультета МГУ. Кандидат биологических наук с 1998. В 2012 году защитил докторскую диссертацию на тему ”Молекулярный механизм генерации мембранного потенциала цитохром с оксидазой”.

Основные направления исследований

Основной интерес группы состоит в изучении механизмов преобразования энергии на молекулярном уровне в мембранных белках. Особое внимание уделяется сравнительному исследованию молекулярных механизмов работы наноразмерных ионных насосов (помп), использующих различные источники свободной энергии: терминальных дыхательных оксидаз и светозависимых ретинальных белков. Выяснение общих черт и особенностей устройства белковых ионных насосов, установление общих базовых структурных элементов и узловых деталей важно для конструирования биомиметических наноустройств, прикладных исследований в фотонике, мембранологии, оптогенетике, медицине.
Терминальные гем-медные оксидазы катализируют восстановление кислорода в воду в дыхательных цепях митохондрий и бактерий, сопрягая химическую реакцию с направленным переносом протонов через мембрану. Помимо цитохромоксидазы митохондрий (и других оксидаз семейства А), в последние годы большой интерес представляет изучение оксидаз семейства B, обладающих уникальным механизмом, позволяющим им перекачивать протоны с разной стехиометрией, использовать единственный протон-проводящий путь для субстратных и перекачиваемых протонов, обходиться без карбоксильных групп в качестве внутренних доноров протонов. Особый интерес и основное направление группы представляет использование предстационарных кинетических методов (емкостной потенциометрии или “прямой электрометрический метод Драчева-Каулена”, флэш-фотолиза, стоп-флоу и др.) для выяснения промежуточных стадий переноса электронов и протонов, спектральных характеристик хромофорных групп, динамики взаимодействия лигандов с активными центрами ферментов.
В исследовании ретинальных протонных насосов особый интерес представляет изучение электрогенного механизма перекачивания протонов рядом новых ретинальных белков. Изучение с временным разрешением переноса зарядов внутри ретинальных белков в ходе фотоцикла дает уникальную информацию о механизме устройства молекулярных мембранных помп. Интерес к этим объектам вызван как применением полученных знаний в биотехнологиях и оптогенетике, так и открытием в последние годы новых ретинальсодержащих белков, отличающихся особенностями трехмерной структуры, ионной специфичностью, механизмами переноса зарядов и выполняемыми функциями. В группе в настоящем время активно исследуется ретинальный белок ESR из психотрофной бактерии Exiguobacterium sibiricum, выделенной из вечно мерзлого грунта. К уникальным особенностям ESR относится отсутствие карбоксильных группы, типичных внутренних доноров протонов в протонных помпах. Также проводится исследование недавно открытого Гелиородопсина, обладающего уникальными структурными и функциональными свойствами.

Основные научные результаты

При изучении механизмов перекачивания протонов гем-медными терминальными оксидазами (начиная с 1994 года), были установлены существенные аспекты организации и устройства молекулярного механизма генерации мембранного потенциала цитохромоксидаз семейства А, к которому относится цитохромоксидаза митохондрий. Полученные результаты относятся к выяснению двухтактности механизма сопряженного перекачивания протонов каждой из 4-х отдельных одноэлектронных стадий каталитического цикла цитохромоксидазы, установлению роли протон-проводящих D и К каналов, определению стехиометрии и последовательности перекачивания протонов в ходе каталитического цикла. Результаты этих исследований суммированы в обзорах: (Front. in Biosc., 2013, BBA-Bioenergetics, 2012).
Изучены стадии переноса электронов и протонов в каталитическом цикле цитохромоксидазы с 5-ю редокс-центрами, caa3 из T. thermophilus (BBA-Bioenergetics, 2011). Наличие 5-го (дополнительного) редокс-центра позволило исследовать перенос от цитохрома с в активный центр первого электрона в каталитическом цикле цитохромоксидазы (BBA-Bioenergetics, 2013).
Описаны стадии генерации мембранного потенциала в каталитическом цикле цитохромоксидазы семейства B из T. thermophilus (BBA-Bioenergetics, 2007), выявлены особенности механизма сопряжения и стехиометрии перекачивания протонов на ряде стадий каталитического цикла (BBA-Bioenergetics, 2009, BBA-Bioenergetics, 2017).
Выявлены закономерности в структурно-функциональной организации путей переноса протонов в цитохромоксидазе и фотосистеме 2 (Front. in Biosc., 2017). Эти молекулярные “машины” катализируют восстановление кислорода в воду и окисление воды в молекулярный кислород, соответственно. Для каталитических циклов обоих белков показана связь функциональных состояний путей переноса протонов со стадиями превращения кислорода в каталитическом центре. Переключение путей переноса протонов может играть ключевую роль в механизме катализа в обоих белках.
В сотрудничестве с группой Борисова В.Б. выяснены аспекты динамики взаимодействия CO с активным центром цитохрома bd и разрешены стадии “обратного” переноса электронов в некоторых условиях (Plos One, 2014; Plos One, 2016; Биохимия, 2017). Обобщены текущие взгляды на механизм восстановления кислорода двух семействах терминальных оксидаз гем-медных оксидазах и цитохроме bd (Биохимия, 2019).
Исследован электрогенный механизм перекачивания протона ретинальным белком ESR (BBA-Bioenergetics, 2016), изучена роль в переносе протона уникального для ретинальных протонных насосов остатка лизина K96 в протон-донорном сайте (BBA-Bioenergetics, 2019).
Разрешены стадии переноса протона в ходе фотоцикла Гелиородопсина (PNAS, 2020), позволяющие сделать вывод о траектории перемещения протона внутри белка и функциональной роли протон-переносящих групп.

Участие в совместных научно-исследовательских проектах:

В разные годы сотрудничество с Хельсинкским университетом (Финляндия), Иллинойским университетом в Урбане-Шампэйн (США), Университетом Оснабрюка (Германия), Институтом биофизики в Сегеде (Венгрия), Калифорнийским университетом в Ирвине (США), Институтом биоорганической химии (ИБХ РАН), Московский физико-технический институт (Национальный исследовательский университет), Институт структурной биологии Дж.- П. Эбель Гренобльский университет (Франция).

Грантовая поддержка

Начиная с 2001 года, исследования руководителя группы были поддержаны грантами Российского фонда фундаментальных исследований (№ 01-04-49330, 04-04-48556, 06-04-48608, 09-04-00140, 12-04-1000, 15-04-06266, 18-04-00503).

Преподавательская деятельность:

Преподавание годового курса «биохимия» на факультете Биоинженерии и биоинформатики МГУ имени М.В. Ломоносова (с 2009 года).

Научные премии:

Государственная Премия Российской Федерации за выдающиеся работы в области науки и техники для молодых ученых, премия Биохимического Общества при Российской Академии Наук для молодых ученых России, премия Европейской академии для молодых ученых СНГ, премия им. А.Д. Каулена за лучшую работу молодых ученых НИИ ФХБ МГУ, грант поддержки талантливых студентов, аспирантов и молодых ученых МГУ.