Связь с хлоропластами

Цианобактерии (сине-зелёные водоросли) могут выглядеть простыми, но их фотосинтетический аппарат устроен сложно. Процесс его сборки остаётся загадкой, однако потеря небольшого белка, варианты которого есть у высших растений, явно приводит к серьёзным нарушениям.

Исследователи под руководством Йорга Никкельсена, профессора молекулярных наук о растениях в LMU, изучают биогенез тилакоидной мембраны у Synechocystis 6803 — модельного организма для молекулярной и клеточной биологии цианобактерий. Их работа показала, что сравнительно небольшой белок CurT необходим для правильной сборки тилакоидов у цианобактерий.

Мутация снижает эффективность фотосинтеза

Листы тилакоидной мембраны цианобактерий сближаются с внутренней стороной плазматической мембраны в нескольких точках по периметру клетки. Оказалось, что эти участки действуют как «центры биогенеза». Именно здесь происходят первые этапы сборки Фотосистемы II (PSII) — белково-пигментного комплекса, ответственного за первую стадию преобразования световой энергии в химическую.

Белок CurT обнаруживается в высоких концентрациях в центрах биогенеза и, вероятно, участвует в формировании характерной изогнутой структуры тилакоидной мембраны в этих местах. У мутантов, лишённых CurT:

  • Центры биогенеза не формируются.
  • Нормальная организация тилакоидов серьёзно нарушена.
  • Уровень и, следовательно, фотосинтетическая активность PSII значительно снижены.
  • Мутанты аномально чувствительны к осмотическому стрессу.

Эти дефекты указывают, что CurT стабилизирует тилакоидные мембраны, особенно в центрах биогенеза, необходимых для правильной сборки PSII.

Эволюционная связь

Родственные варианты белка CurT были обнаружены у растений, например, у Arabidopsis thaliana (резуховидки Таля). У растений эти белки также специфически изменяют организацию фотосинтетических мембран, участвуя в локальном стэкинге (укладке) тилакоидных мембран с образованием так называемых гран.

Хотя у фотосинтезирующих бактерий гран нет, присутствие белков CurT как у Synechocystis, так и у растительных клеток согласуется с необычной эволюционной историей последних. Фотосинтез у растений происходит в специализированных внутриклеточных компартментах — хлоропластах, которые, как полагают, произошли от свободноживущих цианобактерий, ставших эндосимбионтами. В ходе эволюции симбионты превратились в хлоропласты, где CurT-подобные белки теперь опосредуют локальную укладку тилакоидов в граны.