Новый фоторецептор объясняет, как цианобактерии «видят» цвет
Учёные из Токийского столичного университета идентифицировали новый фоторецептор у цианобактерий. Его уникальность — в модификации части структуры, делающей его чувствительным к зелёному/бирюзовому свету. Этот фоторецептор принадлежит к семейству, обычно реагирующему на красный/зелёный свет.
Исследователи определили участки в его аминокислотной структуре, ответственные за такое поведение. Редактирование этих участков помогло восстановить чувствительность к красному и зелёному свету, что стало ярким примером молекулярной «пластичности».
Цианобактерии (сине-зелёные водоросли) играют ключевую роль в формировании природы. Они были первыми организмами на Земле, производившими кислород, используя свет для расщепления молекул воды.
Химический аппарат, обеспечивающий такие процессы у цианобактерий, — это цианобактериохромы (CBCRs), специфические фоторецепторы. Это аминокислотные конструкции, чувствительные не только к количеству, но и к цвету окружающего света, что помогает бактериям адаптироваться для максимально эффективного преобразования энергии.
Как CBCRs различают цвет?
Они связывают химическое соединение, содержащее линейный тетрапиррол. Существует множество пигментов на его основе, а цветовой отклик определяется длиной облака «сопряжённых» электронов вдоль молекулы.
- Например, связывание фикоцианобилина (PCB), синего пигмента, позволяет CBCR реагировать на красный или зелёный свет, переключаясь между двумя состояниями поглощения.
- Связывание фиковиолобилина (PVB), розового пигмента, даёт чувствительность к фиолетовому или жёлтому свету.
PCB и PVB — это изомеры: у них одинаковый химический состав, но разное положение двойных связей, что кардинально меняет их цвет. Чувствительность связывания пигмента с CBCR к конкретной аминокислотной последовательности огромна, но механизмы, порождающие всё многообразие световых откликов, до конца не изучены.
Новое открытие
Команда под руководством доцента Рэй Нарикавы обнаружила новый CBCR из семейства фоторецепторов, которые должны быть чувствительны к красному и зелёному свету. Статья опубликована в журнале Protein Science.
Уникальность этого CBCR в том, что он связывает PVB (розовый пигмент), но при этом реагирует на зелёный или бирюзовый свет. Учитывая отличие от обычных PVB-связывающих CBCRs, команда заключила, что пигмент связан с рецептором новым, иным способом.
Тщательный анализ структуры позволил выявить три ключевые аминокислотные остатка, ответственные за эту необычную реакцию. Их модификация привела к тому, что PVB в составе отредактированного CBCR снова превратился в PCB (синий пигмент), восстановив чувствительность к красному и зелёному свету.
Эта работа подчёркивает замечательное разнообразие и «пластичность» CBCRs, расширяя наше понимание того, как цианобактерии «видят» мир в цвете.