Структурно-функциональная организация и биохимия гидрогеназ

Научная группа направления

Данное научное направление ориентировано на системное исследование гидрогеназ — металлосодержащих ферментов, катализирующих обратимую реакцию H₂ ⇄ 2H⁺ + 2e⁻ и выступающих ключевыми узлами микробного энергетического и редокс-метаболизма. Центральная идея направления заключается в установлении причинно-следственных связей между молекулярной архитектурой гидрогеназ (кофакторный состав, субъединичная организация, надмолекулярные сборки, пути доставки протонов и газов), их каталитическими параметрами (скорость, специфичность, обратимость, устойчивость к кислороду и ингибиторам) и физиологическими функциями в клетке (перераспределение электронного потока, поддержание редокс-баланса, сопряжение с мембранной биоэнергетикой).

Ключевые задачи:

1. Установление принадлежности ферментов к семействам/подгруппам (NiFe/FeFe/Fe; мембранные/растворимые), анализ доменной архитектуры и генетического окружения.
2. Идентификация состава активного центра и электрон-проводящей цепи (NiFe-центр, FeS-кластеры), картирование путей протонного и газового транспорта, определение субъединичной организации и интерфейсов сборки.
3. Реконструкция каталитического цикла (активные/неактивные состояния), выделение лимитирующих стадий, оценка обратимости реакции H₂ ⇄ 2H⁺ + 2e⁻ и условий активации/инактивации.
4. Определение удельной активности, pH и температурных оптимумов, устойчивости, влияния ингибиторов и акцепторов/доноров электронов.
5. Поиск физиологических электронных партнёров, описание маршрутов переноса электронов и сопряжения с мембранной биоэнергетикой/Δp.
6. Оптимизация условий экстракции/очистки с сохранением нативной активности, проверка стехиометрии и функциональной целостности комплексов.
7. Оценка потенциала гидрогеназ для биокатализа, разработка принципов иммобилизации/стабилизации и критериев пригодности.

Ключевые слова: гидрогеназы; [NiFe]-гидрогеназа; активный центр NiFe; FeS-кластеры; редокс-кофакторы; каталитический цикл; редокс-состояния; электронный транспорт; редокс-партнёры; мембранные комплексы; протон-движущая сила (Δp); биоэнергетика; анаэробиоз; газовая фаза; созревание [NiFe]-гидрогеназ; Hyp-белки; нативная стабилизация; энзимология; биоводород; биокатализ; биоэлектрохимия; серный метаболизм; сульфгидрогеназа; фототрофные бактерии.

Объект, штамм, модели

Методические разработки

Ключевые результаты и вклад

Научные публикации и выступления на конференциях

2026 год

Статьи в научных журналах:

1. Khasimov, M., Petushkova, E. P., Mayorova, E. V., Timofeev, I. V., Rudenko, N. N., & Tsygankov, A. A. (2026). HydSL hydrogenase of Thiocapsa bogorovii may participate in sulfur respiration. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Bioenergetics, 1867(2), 149585.
   https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2026.149585

2025 год

Тезисы докладов на конференциях:

1. Хасимов М.Х., Майорова Е.В., Руденко. Н.Н., Петушкова Е.П., Цыганков А.А. Свет и присутствие H₂ влияет на экспрессию генов HydSL-гидрогеназного комплекса Thiocapsa bogorovii BBS / 5-й Российский микробиологический конгресс

2024 год

Статьи в научных журналах:

1. E. Petushkova, M. Khasimov, E. Mayorova, Y. Delegan, E. Frantsuzova, A. Bogun, E. Galkina, A. Tsygankov, The Complete Genome of a Novel Typical Species Thiocapsa bogorovii and Analysis of Its Central Metabolic Pathways, Microorganisms 12 (2024) 391.
   https://doi.org/10.3390/microorganisms12020391

2023 год

Статьи в научных журналах:

1. M.Kh. Khasimov, E.P. Petushkova, O.P. Serdyuk, A.A. Tsygankov, Sulfur Metabolism in Thiocapsa bogorovii BBS and the Role of HydSL Hydrogenase, Microbiology (N Y). 92 (2023) S22–S24. https://doi.org/10.1134/S002626172360386X.

Тезисы докладов на конференциях:

1. Махмадюсуф Хасимов, Моисеева Мария, Александр Стародубов, Николай Зорин, Ольга Сердюк, Екатерина Петушкова, Анатолий Цыганков. Выделение из пурпурной серной бактерии Thiocapsa bogorovii BBS комплекса, способного к образованию сероводорода из серы в присутствии водорода и содержащего HydSL гидрогеназу. – X Съезд Российского фотобиологического общества и Конференция «Современные проблемы фотобиологии» 10 – 17 сентября 2023 года, Шепси, Россия, с. 259-260.

2021 год

Тезисы докладов на конференциях:

1. Хасимов М., Петушкова Е., Стародубов А., Цыганков А. Анализ центральных метаболических путей пурпурной серной бактерии Thiocapsa bogorovii на основе функциональной аннотации геномной последовательности. – XXII Пущинские чтения по фотосинтезу и Всероссийская конференция с международным участием «От первичных процессов фотосинтеза до альтернативной энергетики», 2022г.

2021 год

Статьи в научных журналах:

1. Khasimov, M.K., Laurinavichene, T.V., Petushkova, E.P., Tsygankov A. A. Relations between Hydrogen and Sulfur Metabolism in Purple Sulfur Bacteria. Microbiology 90, 543–557 (2021). https://doi.org/10.1134/S0026261721050106.
2. Makhmadyusuf K. Khasimov, Ekaterina P. Petushkova, Anna N. Khusnutdinova, Nikolay A. Zorin, Khorcheska A. Batyrova, Alexander F. Yakunin, Anatoly A. Tsygankov, The HydS C-terminal domain of the Thiocapsa bogorovii HydSL hydrogenase is involved in membrane anchoring and electron transfer, Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Bioenergetics, Volume 1862, Issue 12, 2021, 148492, ISSN 0005-2728, https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2021.148492.