Фотосинтез — это процесс, посредством которого растения и другие организмы преобразуют энергию света в химическую энергию.
Фотосистема I в растениях с высокой точностью выявляет невиданное до сих пор лицо/Молекулярное исследование.
Фотосинтез – важнейшая основа жизни на Земле. В нем биомасса и сахар производятся из энергии солнечного света растениями и одноклеточными водорослями. В ходе этого процесса также выделяется кислород. Теперь впервые изучена структура нового белкового комплекса, катализирующего процессы преобразования энергии в
” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>фотосинтез был определен биотехнологами растений и структурными биологами из университетов Мюнстера (Германия). ) и Стокгольм (Швеция).
Этот белковый комплекс представляет собой фотосистему I, которая у растений известна как единый белковый комплекс (мономер). Профессор Майкл Хипплер из
” data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Мюнстерский университет и профессор Алексей Амунц из Стокгольмского университета возглавили группу исследователей это впервые продемонстрировало, что два мономера фотосистемы I в растениях могут объединяться в димер, и описало молекулярную структуру этого нового типа молекулярной машины.
Выводы, недавно опубликованные в журнале Природа Растения, обеспечивают молекулярное понимание процесса фотосинтеза с непревзойденной степенью точности. Они могли бы помочь более эффективно использовать восстановительную силу (готовность отдавать электроны) фотосистемы I в будущем, например, для производства водорода в качестве источника энергии.
Предыстория: есть два комплекса фотосинтеза, называемые фотосистемами I и II, которые лучше всего работают в случае света с разными длинами волн. Поглощение световой энергии фотосистемами I и II позволяет электронам транспортироваться внутри молекулярной «фотосинтетической машины», таким образом управляя преобразованием световой энергии в химическую энергию. При этом электроны от фотосистемы I передаются белку ферредоксину.
У зеленых водорослей ферредоксин может передавать возникающие в процессе фотосинтеза электроны ферменту гидрогеназе, который затем производит молекулярный водород. Таким образом, этот молекулярный водород производится за счет энергии света, что означает, что он производится возобновляемо и может выступать в качестве будущего источника энергии. Исследователи задались вопросом: «Как производство фотосинтетического водорода связано со структурной динамикой мономерной и димерной фотосистемы I?
Подробно о результатах
Гомодимер фотосистемы I зеленой водоросли Хламидомонада Reinhardtii состоит из 40 белковых субъединиц со 118 трансмембранными спиралями, обеспечивающими структуру для 568 пигментов фотосинтеза. Используя криогенную электронную микроскопию, исследователи показали, что отсутствие субъединиц с обозначением PsaH и Lhca2 приводит к прямой ориентации мономерной фотосистемы I (PSI) и связанных с ней светособирающих белков (LHCI). Ключевым элементом, обеспечивающим эту димеризацию, является светособирающий белок Lhca9.
В ходе исследования исследователи определяют наиболее точную доступную модель PSI-LHCI с разрешением 2.3 ангстрема (один ангстрем соответствует одной десятимиллионной части миллиметра), включая гибко связанный переносчик электронов пластоцианин, и выделяют правильную идентичность и ориентация ко всем пигментам, а также к 621 молекуле воды, влияющей на пути передачи энергии. В связи с потерей второго гена (pgr5) генетически индуцированная отрицательная регуляция субъединицы Lhca2 приводит к очень эффективной продукции водорода у двойного мутанта. Как говорит Майкл Хипплер: «Истощение Lhca2 способствует образованию димера PSI, и поэтому мы предполагаем, что гидрогеназа может способствовать нацеливанию фотосинтетических электронов из димера PSI, как мы предполагали в нашей предыдущей работе. Структура димера PSI позволяет нам вносить целенаправленные генетические модификации, чтобы проверить гипотезу об улучшении производства водорода с помощью димера PSI».
Ссылка: «Димер фотосистемы водорослей I и модель высокого разрешения комплекса PSI-пластоцианин» Андреаса Нашбергера, Лауры Мозебах, Виктора Тобиассона, Себастьяна Кульгерта, Мартина Шольца, Аннемари Перес-Борема, Тхи Тху Хоай Хо, Андре Видаль-Мейрелес, Юичиро Такахаши, Майкл Хипплер и Алексей Амунц, 13 октября 2022 г., Природа Растения.
DOI: 10.1038/s41477-022-01253-4