Тонкая настройка фотосинтеза растений

Малгожата Пецковска исследовала специфические роли двух самых распространённых мембранных белков на Земле — Lhcb1 и Lhcb2. Оба они отвечают за сбор света, что является основой фотосинтеза — процесса, поддерживающего жизнь на Земле, обеспечивая нас кислородом и пищей.

Свет улавливается пигментами хлорофиллами, которые поглощают в основном синий и красный свет, в то время как зелёный свет отражается, придавая растениям характерный цвет. Большинство хлорофиллов связано с суперсемейством белков Lhc (light harvesting chlorophyll), которое у цветковых растений состоит из 13 членов.

В отличие от животных, растения не могут двигаться к свету или от него, поэтому у них развились механизмы, позволяющие справляться с быстрыми изменениями качества и интенсивности света.

Один из таких процессов — переход состояний (state transition) — позволяет растениям перераспределять избыточную энергию от фотосистемы II (PSII) к фотосистеме I (PSI) или наоборот. Переходы состояний регулируются фосфорилированием/дефосфорилированием белков Lhcb1 и Lhcb2.

У модельного растения Arabidopsis thaliana белок Lhcb1 кодируется пятью генами, а Lhcb2 — тремя, причём их аминокислотные последовательности сходны на 98%.

Исследование показало, что их функции различны, но дополняют друг друга в тонкой настройке поглощения света:

• Роль Lhcb1: важен для регулирования количества собираемого света и обеспечения сайтов тушения (quenching) при поглощении слишком большого количества света. Его количество модулирует размер и обеспечивает гибкость фотосинтетических мембран.
• Роль Lhcb2: в основном ограничивается переходом состояний. При получении фотосистемой II слишком большого количества энергии фосфорилирование Lhcb2 позволяет отсоединить тримеры LHCII (состоящие из Lhcb1 и Lhcb2) от PSII, уменьшая передачу ей энергии. Одновременно эти тримеры присоединяются к фотосистеме I, образуя комплексы LHCII-PSI, что балансирует поток энергии к PSI.