Белки-«приспособленцы» помогают фотосинтезу оставаться эффективным
Международная группа учёных из Университета штата Аризона, Калифорнийского университета в Сан-Диего и Университета Британской Колумбии обнаружила неожиданную особенность фотосинтеза, заменив ключевой металл, необходимый для превращения солнечного света в химическую энергию.
Исследование, опубликованное 11 мая в онлайн-издании Proceedings of the National Academy of Sciences, было проведено на фотосинтезирующей бактерии Rhodobacter sphaeroides, чья упрощённая фотосистема похожа на фотосистему II растений.
- В центре процесса фотосинтеза находятся реакционные центры — белковые комплексы, где энергия света преобразуется.
- Ранее команда показала, что движение белков реакционного центра во время фотосинтеза помогает эффективно направлять электроны даже в неоптимальных условиях.
В новом эксперименте аспирант Пол Р. Яшке обнаружил мутантную бактерию, в реакционном центре которой магний (Mg) в молекулах бактериохлорофилла был заменён на цинк (Zn).
«Сначала мы думали, что этот реакционный центр не функционирует», — сказал профессор Дж. Томас Битти.
Однако ведущий автор исследования Су Линь, используя сверхбыструю лазерную спектроскопию, сравнила спектры поглощения света нормального (с Mg) и мутантного (с Zn) реакционных центров. Несмотря на изменение структуры шести бактериохлорофиллов, кинетика реакций и эффективность преобразования энергии оказались почти идентичными.
«Удивительно, но реакционный центр работает с практически теми же физико-химическими свойствами, что и нормальная система», — отметил Нил Вудбери.
Ключ к разгадке — взаимодействие металла с белком. В случае с цинком движущая сила переноса электронов регулируется через координацию металла, компенсируя изменения.
«Биология снова демонстрирует свою устойчивость: изменения в одной области компенсируются изменениями в других и способностью белка динамически подстраиваться», — пояснил Вудбери.
Значение исследования:
- Оно углубляет понимание структуры, функции и эволюции реакционных центров фотосинтеза.
- Результаты могут иметь практическое применение для разработки солнечных элементов следующего поколения через биомиметику. Устойчивость естественной системы может подсказать инженерам, как повысить эффективность и снизить стоимость солнечных панелей.
Вудбери предположил, что гибкость системы в органических солнечных элементах можно увеличить, используя растворители, которые могли бы «настраивать» молекулы для работы в более широком диапазоне условий.
Источник: Университет штата Аризона