Белок-"электронный челнок" играет ключевую роль в построении клеточной стенки растений

Учёные, изучающие клеточные стенки растений, обнаружили механистические детали работы белка, участвующего в сборке лигнина — ключевого компонента клеточной стенки. Этот белок действует как целевой "электронный челнок", доставляя "топливо" для построения одного конкретного типа структурных блоков лигнина.

Исследование, опубликованное в The Plant Cell 8 апреля 2019 года учёными из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США и их коллегами, показало, что этот конкретный электронный челнок отличается от тех, что участвуют в производстве других видов предшественников лигнина. Эти данные предполагают, что контроль относительного количества белков-челноков может быть новой стратегией для управления тем, какие строительные блоки клеточной стенки закладываются по мере роста растений.

Традиционно учёные пытались контролировать смесь лигнина и других компонентов клеточной стенки, фокусируясь на распределении углерода — основного каркаса всех этих молекул. Новая работа предлагает альтернативный подход, нацеленный на белки-челноки, которые доставляют электроны, необходимые для активации ферментов.

"Электроны подобны топливу для реакции. Без этого топлива эти реакции не могут произойти. Нацеливаясь на белки, доставляющие электроны, мы можем избирательно перенаправлять поток электронов, чтобы изменить состав лигнина в растениях", — пояснил биохимик Чан-Джунь Лю, руководивший исследованием.

Биохимические детали

Учёные выявили специфичность белка-челнока с помощью детальных исследований биохимических путей, ведущих к синтезу трёх разных предшественников лигнина. Известно, что синтез каждого подтипа лигнина — H, G и S — контролируется разным окислительным ферментом в рамках единого трёхэтапного процесса гидроксилирования. Каждому из них для реакции необходимы электроны, доставляемые белком-партнёром.

Чтобы определить, какие белки-челноки могут доставлять электроны на каждом этапе, учёные "пометили" каждый из ферментов различной иммунологической "меткой" и использовали метод иммунопреципитации с масс-спектрометрией. Это позволило выявить, какие белки взаимодействуют с каждым из трёх различных ферментов.

Помимо уже известного переносчика электронов, исследования выявили набор ранее не идентифицированных партнёров, взаимодействующих с некоторыми ферментами. С помощью биохимической генетики на экспериментальных растениях Arabidopsis учёные установили, что удаление гена для одного из этих белков влияет только на производство S-лигнина. Они пришли к выводу, что этот "вновь идентифицированный" белок-челнок связан с последним шагом трёхэтапного процесса — производством S-лигнина.

Дополнительные биохимические исследования подтвердили исключительную роль этого альтернативного белка-челнока в производстве S-лигнина.

"Растения используют энергию солнца для преобразования диоксида углерода в сахара, которые при расщеплении высвобождают энергию, поступающую в белки-переносчики. Специфичные белки-переносчики доставляют эту энергию в форме электронов в различные реакции, чтобы запустить весь метаболический процесс. Контролируя поток электронов в эти различные пути, мы потенциально можем контролировать, какие продукты производят растения, тем самым управляя процессами конверсии и хранения углерода в растениях", — сказал Лю.