Фотосинтез включает белковый "поршень"
Растения преобразуют воду и углекислый газ в сахара и кислород в процессе фотосинтеза. Это сложный микроскопический процесс, некоторые аспекты которого до сих пор плохо изучены.
Например, Фотосистема I (PSI) — сложная белковая система, участвующая в фотосинтезе. PSI обратимо образует комплексы с ферредоксином (Fd), которые опосредуют перенос электронов, полученных из воды. Атомные взаимодействия в комплексе PSI–Fd оставались неясными из-за слабых связей, затрудняющих кристаллизацию.
Международная коллаборация под руководством Университета Осаки совершила прорыв, получив рентгеноструктурные данные для этого комплекса, выделенного из цианобактерий горячих источников. Гэндзи Курису и коллеги вырастили бактерии, очистили комплекс PSI–Fd и получили его кристаллы. Результаты опубликованы в Nature Plants.
"Мы обнаружили, что кристаллическая структура комплекса PSI–Fd содержала два тримера PSI и шесть связанных Fd в каждой кристаллографической асимметричной единице", — говорит Курису. "Fd были неэквивалентны, так как находились на разных расстояниях от PSI; то есть Fd имел сильное и слабое состояния связывания в комплексе".
Эти выводы подтвердились данными спектроскопических и хроматографических измерений. Исследователи предложили механизм образования двух состояний связывания Fd.
"Мы предполагаем, что связывание Fd с PSI понижает симметрию трёхмерной структуры PSI", — объясняет доцент Хидэаки Танака. "Это индуцирует поршнеподобное движение одной из субъединиц PSI, что обеспечивает быстрый перенос электронов через PSI от донора (Cyt c6) к акцептору (Fd)".
Это поршнеподобное движение, возможно, действует как молекулярный сигнал через клеточную мембрану для стимуляции быстрого переноса электронов.
Результаты работы могут помочь в оптимизации искусственного фотосинтеза для получения сложных химических веществ из углекислого газа, воды и света.