Структура светособирающего фикобилисом цианобактерии
Исследователи из RIKEN определили структуру "антенны", которую сине-зелёная водоросль использует для улавливания света, и сравнили её со структурами четырёх других видов. Эта работа не только даёт ключи к пониманию эволюции и разнообразия цианобактерий, но также может помочь в разработке эффективных фотореактивных соединений.
Исследование опубликовано в Nature Communications.
Фикобилисомы — это комплексы белков и хромофоров, расположенные на поверхностных мембранах цианобактерий (сине-зелёных водорослей) и других водорослей. Они действуют как антенны для захвата света в процессе фотосинтеза.
"Фикобилисомы поглощают свет на длинах волн, которые трудно использовать другим светопоглощающим фотосинтетическим белкам, таким как фотосистемы I и II, — объясняет Кейсуке Каваками из Центра RIKEN SPring-8. — Каждый вид водорослей имеет свою уникальную структуру фикобилисомы. Понимание этих структур углубит наши знания об эффективном производстве энергии из солнечного света".
Фикобилисомы бывают пяти форм. У цианобактерии Thermosynechococcus vulcanus — наиболее распространённая форма: полусфера с веерообразным расположением стержней, выступающих из ядра. Световая энергия поглощается, а затем передаётся через стержни и ядро к фотосистемам I и II.
Команда Кодзи Йонэкуры из того же центра RIKEN SPring-8 с помощью криоэлектронной микроскопии проанализировала структуру и функцию фикобилисомы T. vulcanus и сравнила её с четырьмя ранее описанными видами.
Исследователи обнаружили, что ядро состоит из пяти цилиндров белков, а не из более распространённой трёхцилиндровой структуры, и также идентифицировали новый тип цилиндра. Каждая фикобилисома имеет несколько стержней, отходящих от ядра, которые образованы уложенными друг на друга белками и хромофорами, соединёнными линкерными белками. T. vulcanus имеет только один тип хромофора — фикоцианобилин, тогда как у некоторых водорослей их больше.
"Раскрытие структуры линкерных белков и аминокислот вокруг каждого фикоцианобилина, а также взаимодействий между ними, критически важно для понимания однонаправленного переноса энергии, — говорит Каваками. — Мы были удивлены, обнаружив, что аминокислотные остатки, расположенные вокруг определённых фикоцианобилинов, могут управлять длинами волн поглощения этих хромофоров, обеспечивая непрерывный и быстрый перенос энергии даже в меняющихся световых условиях".
Команда также обнаружила, что эти аминокислотные остатки незначительно различаются у разных видов водорослей, вероятно, как результат адаптации к различным световым условиям в средах их обитания.
"Изучение структур фикобилисом у разных видов поможет нам понять разнообразие и эволюцию водорослей, — заключает Каваками. — Вдохновение, почерпнутое из фикобилисом, может помочь в разработке оптических устройств, использующих механизм однонаправленного переноса энергии с помощью одного хромофора".