Ученые раскрыли молекулярную архитектуру природного фотосинтетического аппарата

Биологические мембраны играют ключевую роль в формировании клетки, восприятии внешней среды, транспорте молекул и генерации энергии для жизни. Одними из наиболее значимых являются тилакоидные мембраны растений, водорослей и цианобактерий, в которых происходят световые реакции фотосинтеза.

Исследователи из Ливерпульского университета раскрыли молекулярную архитектуру и организационную структуру тилакоидных мембран модельной цианобактерии с беспрецедентной детализацией. Исследование, опубликованное в Nature Plants, может помочь в поиске новых и улучшенных искусственных фотосинтетических технологий для производства энергии.

Профессор Лунинг Лю, руководивший исследованием, пояснил: «Цианобактерии осуществляют растительный фотосинтез. Следовательно, тилакоидные мембраны лабораторно выращенных цианобактерий — идеальная модель для изучения и настройки фотосинтеза растений».

Ученые использовали передовую атомно-силовую микроскопию (AFM) для исследования структур и организации фотосинтетических белков внутри тилакоидных мембран. Результаты показывают, как тилакоидные мембраны модулируют количество различных фотосинтетических белков и формируют структурно вариабельные комплексы для адаптации к меняющимся условиям.

Доктор Луншэн Чжао, первый автор статьи, сказал: «Мы наблюдали, что разные белковые комплексы имеют специфичное расположение в тилакоидных мембранах. Мы также визуализировали, что различные фотосинтетические комплексы могут находиться близко друг к другу, что указывает на их способность формировать "суперкомплексные" структуры для облегчения транспорта электронов между ними».

Профессор Лунинг Лю добавил: «Развитие методов структурной биологии значительно улучшило наше понимание отдельных фотосинтетических комплексов. Однако у этих техник есть ограничения для изучения сборки и взаимодействий мембранных мультибелковых комплексов в их естественной мембранной среде. Наше исследование доказало мощь и потенциал AFM в исследовании сложных, динамичных мембранных структур и транзиентных белковых сборок».

Исследователи надеются, что их текущая работа поможет найти способы модулировать фотосинтетическую эффективность сельскохозяйственных культур для повышения их роста и продуктивности.