Ученые раскрыли структуру энергогенераторов растений

Исследователи впервые определили атомную структуру дыхательного аппарата, который растения используют для генерации энергии. Результаты опубликованы в журнале eLife.

Трехмерные структуры этих крупных белковых комплексов — первые, описанные для любого вида растений. Это шаг к разработке улучшенных гербицидов, нацеленных на дыхание растений. Также это может помочь в создании более эффективных пестицидов, которые воздействуют на метаболизм вредителей, не вредя культурам.

Растения используют фотосинтез для преобразования солнечного света в сахара, а затем дыхание для расщепления сахаров в энергию. Этот процесс происходит в митохондриях и включает набор из пяти белковых комплексов, выстроенных в «электрон-транспортную цепь».

«Хотя 3D-структуры компонентов дыхания хорошо изучены у млекопитающих, грибов и бактерий, технические сложности получения чистых образцов митохондриальных комплексов растений означают, что их структуры оставались в основном неизвестными», — объясняет первый автор Мария Мальдонадо.

Команда получила 3D-структуры трех компонентов электрон-транспортной цепи: комплекса III, комплекса IV и суперкомплекса III–IV. Они выделили митохондриальные комплексы из ростков маша, стабилизировали их и использовали криоэлектронную микроскопию для получения высокоразрешающих структур. На их основе были построены атомные модели, показывающие, как комплексы взаимодействуют с другими молекулами (белками, ионами, липидами). Для каждого из трех комплексов удалось определить количество и структуру субъединиц, вероятные связывающиеся молекулы и гибкость структур.

Модели показали, что многие аспекты комплексов общие для растений, млекопитающих, грибов и бактерий, включая несколько компонентов, изначально считавшихся уникальными для растений. Однако также были обнаружены особенности, уникальные для растений, включая способ сборки суперкомплекса III–IV. Это важно, поскольку многие сельскохозяйственные гербициды и пестициды предназначены для вмешательства в дыхательные комплексы, и это открытие может помочь сделать их более избирательными.

«Наша работа предоставляет высокоразрешающие структуры растительных дыхательных комплексов, раскрывающие уникальные для растений особенности, что позволяет разрабатывать более селективные ингибиторы в качестве гербицидов и пестицидов», — заключает старший автор Джеймс Леттс.