Учёные пролили новый свет на структуру фотосинтетического суперкомплекса
Команда учёных из Университета штата Аризона сделала значительный шаг к разгадке секретов фотосинтеза, определив структуру очень крупного фотосинтетического суперкомплекса.
Это важное открытие описано в их статье, опубликованной в Nature Structural & Molecular Biology, под названием "The structure of the stress induced photosystem I—IsiA antenna supercomplex".
"Суперкомплексы — это ассоциации между белками-антеннами и фотохимическими реакционными центрами, которые существуют у всех фотосинтезирующих организмов", — пояснил Юваль Мазор. "Этот конкретный комплекс происходит из цианобактерий, класса бактерий, в котором впервые появился (несколько миллиардов лет назад) оксигенный фотосинтез, который позже эволюционировал во все известные сегодня его типы".
Растения, водоросли и цианобактерии используют фотосинтез для производства кислорода и восстановленного углерода (например, углеводов). Два пигмент-белковых комплекса, фотосистема I (PSI) и фотосистема II (PSII), управляют первичными световыми реакциями. Понимание их работы — одна из давних целей науки.
В последние годы криогенная электронная микроскопия отдельных частиц (cryo-EM) произвела революцию в структурной биологии. Именно эта техника, использованная экспертами ASU, позволила определить структуру комплекса PSI-IsiA.
В лаборатории этот суперкомплекс вырабатывается цианобактериями в условиях дефицита железа или избыточного светового потока. Однако в реальном мире железо часто существует в низких концентрациях, а яркий свет — скорее правило, чем исключение. Таким образом, PSI-IsiA — очень распространённая форма фотосистемы I, одного из двух основных "двигателей" фотосинтеза.
Ключевые особенности комплекса:
- Это крупнейший фотосинтетический суперкомплекс с известной молекулярной структурой.
- Он состоит из более чем 700 различных молекул (в основном светособирающих).
- Содержит 591 хлорофилл — это самое большое количество связанных пигментов среди всех суперкомплексов с известной структурой.
Способность цианобактерий вырабатывать этот комплекс в условиях стресса играет важную роль в их выживании. Этот комплекс также представляет большой класс антенн, очень распространённых у морских цианобактерий, которые ответственны за значительную долю общего мирового фотосинтеза (оценки варьируются от 15% до 25%).
Текущая структура раскрывает наиболее важные детали этой огромной "машины". Как первый пример из цианобактериальной ветви мембранно-встроенных антенных белков, она прокладывает путь для изучения механизмов улавливания света и фотозащиты у цианобактерий.
Понимание сложности и функций фотосинтетического суперкомплекса IsiA в конечном итоге поможет обеспечить стабильные энергопоставки на Земле — одну из центральных задач XXI века.