Ученые раскрыли механизм сборки пиреноида — загадочного органоида водорослей
Около трети глобальной фиксации углерода на Земле осуществляют одноклеточные водоросли. Ключевой фермент этого процесса — Rubisco, который ассимилирует CO2. Его активность ограничена доступностью углекислого газа, особенно в воде.
Чтобы решить эту проблему, водоросли, такие как Chlamydomonas reinhardtii, эволюционировали специальную структуру — пиреноид. Его основная функция — снабжать Rubisco концентрированным CO2.
«Определяющая черта пиреноида — матрикс, гигантская конденсатоподобная жидкость, содержащая почти весь Rubisco клетки», — объясняет Джонайкас, доцент кафедры молекулярной биологии Принстона.
В 2016 году лаборатория Джонайкаса обнаружила в матриксе пиреноида другой обильный белок — EPYC1. Была выдвинута гипотеза, что EPYC1 действует как «молекулярный клей», связывая молекулы Rubisco.
«В настоящей работе мы демонстрируем, что это действительно так», — говорит Джонайкас.
Исследование, проведенное постдоком Шань Хэ и коллегами, показало:
- EPYC1 имеет пять сайтов связывания для Rubisco, равномерно распределенных по его длине.
- Rubisco (голофермент из 16 субъединиц) имеет восемь сайтов связывания для EPYC1 на своей поверхности.
- Гибкий и неструктурированный EPYC1 может образовывать множественные контакты с одной или несколькими молекулами Rubisco, заставляя их собираться в кластеры матрикса.
Важное открытие: взаимодействия между EPYC1 и Rubisco слабы и быстро обмениваются. Это позволяет белкам оставаться в плотном конденсате, но при этом «течь» друг относительно друга, давая доступ другим белкам для ремонта Rubisco.
«Наша работа решает давнюю загадку того, как Rubisco удерживается вместе в матриксе пиреноида», — отмечает Джонайкас.
Наземные растения не имеют пиреноидов. Ученые полагают, что инженерия пиреноидоподобной структуры в сельскохозяйственных культурах может повысить скорость их роста и продуктивность.
«Эта работа обнадеживает исследователей, пытающихся внедрить пиреноидоподобные структуры в растения для улучшения фотосинтеза», — добавляет доктор Джеймс Морони, профессор биологии Университета штата Луизиана.