Помощники в получении энергии из растений
Ученые под руководством биохимика профессора Петера Дёрманна из Боннского университета смогли подробнее описать функцию хлоропластов — структур клеток растений и водорослей, ответственных за фотосинтез. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Исследование опирается на эндосимбиотическую теорию, выдвинутую в 1883 году ученым Боннского университета Андреасом Францем Вильгельмом Шимпером. Согласно ей, не менее миллиарда лет назад фотосинтезирующая бактерия проникла в растительную клетку-хозяина, где превратилась в хлоропласт. Без этого эндосимбиоза фотосинтез (процесс преобразования световой энергией CO2 и H2O в сахар и кислород) у растений был бы невозможен.
Эта бывшая бактерия внутри клетки окружена двумя мембранами, основными компонентами которых являются галактолипиды. Именно эти две оболочечные мембраны были в центре внимания ученых. «Мы хотели выяснить, за что именно отвечает каждая мембрана», — поясняет профессор Петер Дёрманн.
Эксперименты с мутантами растений
Для этого ученые экспериментировали с мутантами модельного растения резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana). Они модифицировали растение, добавляя различные генетически измененные варианты белка системы производства галактолипидов, который расположен на внешней мембране хлоропласта.
Ключевой вывод: этот белок необходим для интеграции бывшей бактерии в клетку. «Без белка хлоропласт не выживает. Без хлоропласта не выживает растение», — говорит докторант Барбара Калиш, один из ведущих авторов статьи.
«Липиды не могут просто перемещаться через воду»
Помимо производства галактолипидов, белок участвует в их переносе с внешней на внутреннюю оболочечную мембрану. В экспериментах исследователи также искусственно размещали белок на внутренней мембране. Производство липидов работало и там, растение оставалось жизнеспособным. Когда белок находится на внутренней мембране, дополнительный транспорт не нужен. Почему в природе он расположен снаружи, а не внутри, пока не ясно.
Эксперименты также указывают, что этот белок — причина, по которой вообще возможен обмен липидами между двумя оболочечными мембранами хлоропластов. Это важно для роста хлоропласта и растения. Пространство между мембранами заполнено водой, но «липиды не могут просто перемещаться через воду», — объясняет профессор Дёрманн. На этот обмен могут влиять и другие факторы. «Наши исследования наверняка не являются концом нашей работы», — заключает Дёрманн.