Раскрыт скрытый механизм гиганта фотосинтеза

Международная исследовательская группа раскрыла один из секретов фотосинтеза. Учёные из Рурского университета в Бохуме (RUB, Германия), Университета Осаки (Япония) и Университета Кафр-эль-Шейх (Египет) успешно выделили редкую форму фотосистемы I (PSI) и детально её изучили. Работа, опубликованная 8 марта 2021 года в журнале Communications Biology, дала новое представление о транспорте световой энергии в этом гигантском белковом комплексе.

Новая методика раскрывает структуру мономерной PSI

Фотосистема I — крупный мембранный белковый комплекс, который может существовать в виде мономеров, димеров, тримеров или тетрамеров. Хотя структура тримерной PSI из термофильной цианобактерии Thermosynechococcus elongatus была определена 20 лет назад, структуру соответствующей мономерной PSI получить не удавалось. Основным препятствием была её низкая природная распространённость.

Исследователи из RUB разработали новый метод экстракции, позволивший селективно выделить мономеры PSI с высоким выходом. Выделенный комплекс охарактеризовали в RUB с помощью масс-спектрометрии, спектроскопии и биохимических методов, а команда из Университета Осаки определила его структуру методом криоэлектронной микроскопии.

Взаимодействие хлорофиллов и липидов может обеспечивать «подъём» энергии

Атомная структура мономерной PSI дала новое понимание переноса энергии внутри комплекса и локализации так называемых красных хлорофиллов — специально расположенных молекул хлорофилла, тесно взаимодействующих друг с другом. Это позволяет им поглощать низкоэнергетический дальний красный свет, который в норме не используется для фотосинтеза.

Структура показала, что красные хлорофиллы, по-видимому, взаимодействуют с липидами окружающей мембраны. Такое структурное расположение может указывать на то, что дополнительная тепловая энергия используется для того, чтобы сделать дальний красный свет доступным для фотосинтеза.

Исследование проведено в рамках долгосрочного сотрудничества

Работа выполнена в рамках Международной программы продвижения совместных исследований 824 — соглашения о сотрудничестве между факультетом биологии и биотехнологии RUB и Институтом исследований белка (IPR) Университета Осаки, учреждённого в 2017 году. Программа укрепила долгосрочное сотрудничество между лабораторией профессора Гэндзи Курису (IPR) и проектной группой «Молекулярные механизмы фотосинтеза» в Бохуме под руководством профессора Марка Новачика.