Как развивался аппарат транспорта белков в хлоропластах высших растений

Исследовательская группа изучила, как система транспорта белков бактерий со временем развилась в систему хлоропластов высших растений. Они исследовали так называемые сигнальные распознающие частицы (SRP) и их рецепторы.

Ключевой механизм транспорта

В клеточной жидкости специальный транспортный аппарат доставляет белки к месту их работы, например, в клеточную мембрану. Решающую роль играет SRP-система:

  • Она связывается с транспортируемым белком.
  • Взаимодействует в мембране с рецептором SRP (FtsY).
  • Расщепление молекулы-накопителя энергии GTP запускает процессы, встраивающие белок в мембрану.

У бактерий, животных и растений SRP-система в клеточной жидкости состоит из двух компонентов: белка SRP54 и рибонуклеиновой кислоты SRP RNA.

Эволюционная загадка хлоропластов

Хлоропласты высших растений имеют собственную SRP-систему, которая сильно отличается:

  • В ней отсутствует SRP RNA.
  • Помимо SRP54, она содержит белок SRP43, встречающийся исключительно в хлоропластах.

Учёные предположили, что безРНКовая система хлоропластов произошла от РНК-содержащей системы бактерий, так как хлоропласты, как считается, произошли от цианобактерий.

Открытие в мире растений

Биоинформатический анализ показал удивительный факт: многие организмы — от одноклеточных зелёных водорослей до мхов и папоротников — имеют ген для SRP RNA в своих хлоропластах. "Единственное исключение — высшие растения, которые утратили этот ген", — отмечает профессор Данья Шюнеманн.

Мох как переходное звено

Биохимическое исследование мха Physcomitrella patens (низшее растение) выявило ключевую промежуточную стадию. В его хлоропластах есть все компоненты SRP-системы:

  • Эволюционно старые: SRP54 и SRP RNA.
  • Более новый эволюционный белок: SRP43.

Однако SRP RNA мха имеет более длинную петлю, чем бактериальная. Эта изменённая структура, по-видимому, мешает ей регулировать расщепление GTP. Таким образом, Physcomitrella patens содержит эволюционно древнюю SRP RNA, которая в значительной степени утратила определённые функции.

Рентгеноструктурный анализ также показал, что SRP-рецептор (FtsY) мха уже обладает свойствами белка высших растений.

Вывод: SRP-система хлоропластов Physcomitrella patens представляет собой переходное звено между бактериями и высшими растениями.