Как цианобактерия справляется с дефицитом железа, становясь самым успешным фотосинтетическим организмом на Земле
Цианобактерия Prochlorococcus — самый многочисленный фотосинтетический организм в океанах. Она фиксирует около 4 гигатонн углерода в год, что сравнимо с чистой первичной продукцией всей мировой сельскохозяйственной отрасли. Её экологический успех основан на способности процветать в бедных питательными веществами водах, несмотря на то, что фотосинтез зависит от железа, запасы которого в океане ограничены.
Исследование под руководством Иво Тьюса из Университета Саутгемптона, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, изучило железосвязывающий белок FutA у Prochlorococcus.
Ключевые методы и результаты
Для понимания связывания железа в FutA использовался комплекс структурно-биологических методов:
- Рентгеновская кристаллография на линии I24 в Diamond Light Source и на XFEL SACLA в Японии.
- Нейтронная кристаллография для локализации атомов водорода вокруг центра связывания железа.
- Оптическая спектроскопия для мониторинга скорости изменения степени окисления железа под действием рентгеновского излучения.
Эксперименты с использованием метода серийной кристаллографии позволили в реальном времени наблюдать структурные изменения белка FutA при накоплении дозы облучения.
Главное открытие: белок FutA может связывать железо в двух разных степенях окисления — ржаво-красном феррильном (Fe3+) и бесцветном феррозном (Fe2+). Это отражает две его основные функции:
- Поглощение феррильного железа из окружающей среды.
- Защита бактериальных фотосистем от феррозного железа.
Значение для экологического успеха
У большинства цианобактерий для этих двух задач существуют разные белки. Способность одного белка FutA в Prochlorococcus выполнять обе функции, вероятно, является ключевым фактором, обеспечивающим его исключительную эффективность и экологическое доминирование в условиях дефицита железа в океане.