Белок "тако": определена ориентация ключевого белка в фотосинтезирующих бактериях

Исследователи из Университета Вашингтона в Сент-Луисе определили ориентацию белка антенного комплекса по отношению к соседней мембране у фотосинтезирующей бактерии. Это ключевое открытие для понимания процесса переноса энергии при фотосинтезе.

Команда под руководством Роберта Блэнкеншипа, профессора биологии и химии, впервые применила комбинацию химического мечения и масс-спектрометрии для проверки ориентации. Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences USA.

У зелёных серных бактерий, обитающих в условиях крайне слабого освещения, мембран-связанный антенный белок Фенна-Мэтьюса-Олсона (FMO) действует как "провод", соединяющий крупный периферический хлоросомный комплекс с реакционным центром организма.

Блэнкеншип называет белок FMO "белком-тако" из-за его структуры: белковая цепь оборачивается вокруг трёх кластеров по семь молекул хлорофилла, подобно лепёшке тако вокруг начинки. Эта структура также называется тримерной.

Этот "белок-тако" является своего рода посредником в антенной системе, находясь между крупной антенной (хлоросомой) и реакционным центром, где происходят все реакции переноса электронов.

Большую часть поглощения света осуществляет хлоросома, которая затем передаёт энергию тримерному белку, а тот, в свою очередь, — реакционному центру.

Метод исследования

Учёные использовали химический зонд, который метит реакционноспособные аминокислотные остатки на поверхности белка. Затем с помощью масс-спектрометрии определяли расположение меток в белке, что позволило установить его ориентацию на мембране.

Анализ показал, что энергия течёт от внешней части антенны через среднюю часть (белок FMO) в мембрану, где расположен реакционный центр.

Бактерии используют энергию пигментов как "лестницу": при движении по ней энергия переходит во всё более низкие энергетические состояния, направляясь к самому низкому. Это и есть "воронкообразный" эффект — физическое направление энергии в реакционный центр.

Тримерный белок имеет ось симметрии посередине. Белок лежит на мембране с осью симметрии, перпендикулярной мембране. Метод позволил определить, какая сторона белка обращена вверх, а какая — вниз.

Ключевой результат

Оказалось, что сторона, обращённая вниз (к мембране), содержит пигмент с самой низкой энергией, что идеально для облегчения переноса энергии в реакционный центр. "Именно так вы бы и спроектировали это сами", — отметил Блэнкеншип.

Биохимическая часть работы выполнена в лаборатории Блэнкеншипа, а масс-спектрометрический анализ — в Ресурсном центре масс-спектрометрии NIH под руководством Майкла Гросса.