Ключевая роль древнего белка в фотосинтезе водорослей
Исследователи из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли обнаружили, что древний светособирающий белок LHCSR играет ключевую роль в фотосинтезе зелёных водорослей, выступая в роли молекулярного «диммера». Он предотвращает поглощение водорослями избытка солнечного света, защищая фотосинтетический аппарат от окислительного повреждения.
Это открытие может помочь в разработке водорослей как сырья для биотоплива.
Белок-защитник
- Белок LHCSR рассеивает избыточную световую энергию у зелёных и, вероятно, большинства других эукариотических водорослей.
- Он является «древним» членом семейства светособирающих белков, одним из первых отделившимся от общего предка, общего для водорослей и растений.
- Исследование опубликовано в журнале Nature.
Проблема для биотоплива
Водоросли — перспективное сырьё для биотоплива из-за высокой энергоёмкости, быстрого роста и способности жить в морской или сточной воде. Однако их массовое культивирование в открытых водоёмах ограничено неэффективным использованием света:
- Клетки на поверхности поглощают слишком много света и становятся уязвимыми к фотоингибированию.
- Это снижает продуктивность культуры.
Сравнение с растениями
И растения, и водоросли имеют механизм «гашения» энергии для защиты от избытка света. Однако белки, отвечающие за этот процесс, различаются:
- У зелёных растений сенсорную функцию выполняет белок PsbS, а за рассеивание энергии частично отвечает белок CP29.
- У зелёных водорослей белок LHCSR, связывающий хлорофилл и зеаксантин, выполняет обе функции — и сенсорную, и рассеивающую.
Экспериментальное доказательство
Учёные сравнили мутантную форму водоросли Chlamydomonas (с отсутствующими двумя из трёх генов LHCSR) с диким типом:
- При слабом освещении выживаемость клеток в обеих культурах была статистически одинаковой.
- При высоком уровне света мутантная культура показала снижение выживаемости клеток на 40% по сравнению с диким типом.
Значение открытия
- Для биотоплива: Понимание роли LHCSR позволит инженерным путём создать водоросли, более эффективно использующие свет, что повысит продуктивность культур.
- Для науки: Это показывает, как природа использовала родственные белки (LHCSR, CP29, PsbS) по-разному для сбора и рассеивания света, и что функция фотозащиты возникла рано в эволюции.
- Для искусственного фотосинтеза: Белок LHCSR предоставляет ещё один «чертёж» от природы, который можно использовать для управления сбором солнечной энергии в искусственных фотосинтетических системах.
Предварительные данные указывают, что биофизический процесс рассеивания энергии у водорослей во многом схож с таковым у растений, хотя белковое окружение разное.