Фото:
Dirk Schneider/Jürgen Markl
Исследователи из Шеффилдского университета раскрыли пространственную структуру ключевой молекулы фотосинтеза — цитохром-b6f-комплекса. Статья ученых была опубликована в журнале Nature.
Фотосинтез — это один из ключевых процессов, благодаря которому на Земле зародилась жизнь. В ходе него хлоропласты синтезируют глюкозу и кислород из углекислого газа и воды, вырабатывая при этом энергию для существования растения. Одну из главных ролей в этом процессе играет белковый комплекс цитохром-b6f.
Этот белок обеспечивает перенос электронов из фотосистемы I в фотосистему II, таким образом являясь связующим звеном между ними. В каждой из этих фотосистем происходит своя реакция, например, вторая создает сильный окислитель для окисления воды и переноса ее электронов в первую. А первая, в свою очередь, восстанавливает положительно заряженную форму кофермента НАДФ в НАДФН для ее дальнейшего участия в цикле Кельвина.
В новой работе исследователи построили подробную структурную модель полученного из шпината цитохром-b6f-комплекс c высоким разрешением в 3,6 Å. Это удалось сделать с помощью метода криоэлектронной микроскопии, при которой образец охлаждается до температуры жидкого азота или ниже и исследуется просвечивающим электронным микроскопом.
В итоге, ученые обнаружили, как именно белковый комплекс обеспечивает связь между двумя фотосистемами. «Наше исследование позволяет лучше понять, как цитохром b6f использует электроны, которые он вырабатывает, чтобы привести в действие "протонную батарею". Эта накопленная энергия затем может быть использована для производства АТФ — молекулы, переносящей энергию в живых клетках. В конечном счете эта реакция обеспечивает энергию, необходимую растениям для превращения углекислого газа в углеводы и биомассу», — отмечает ведущий автор исследования, аспирант Шеффилдского университета Лорна Мэлоун.
Также работа раскрыла новые детали дополнительной роли цитохрома b6f в качестве датчика для настройки эффективности фотосинтеза в ответ на постоянно меняющиеся условия окружающей среды. Этот механизм защищает растения от повреждений во время воздействия суровых условий, таких как засуха или избыток света. Открытие может позволить экспертам контролировать фотосинтез в растениеводстве для достижения более высоких урожаев и удовлетворения неотложных потребностей в продовольственной безопасности для растущего мирового населения.
