Расшифрована структура ключевого компонента фотосинтеза — открытие может повысить урожайность
Учёные определили структуру одного из ключевых компонентов фотосинтеза — комплекса цитохрома b6f. Это открытие может привести к «перепроектированию» фотосинтеза для повышения урожайности и решения проблем продовольственной безопасности.
Исследование, проведённое под руководством Университета Шеффилда и опубликованное в журнале Nature, показывает, как цитохром b6f — белковый комплекс, значительно влияющий на рост растений — функционирует на молекулярном уровне.
С помощью высокоразрешительной структурной модели, полученной методом криоэлектронной микроскопии отдельных частиц, команда обнаружила, что этот комплекс обеспечивает электрическое соединение между двумя светозависимыми хлорофилл-белками (Фотосистемами I и II) в хлоропласте. Эти системы преобразуют солнечный свет в химическую энергию.
Исследование также выявило новую деталь: цитохром b6f действует как сенсор, регулирующий эффективность фотосинтеза в ответ на изменения окружающей среды. Этот механизм защиты спасает растение от повреждений во время засухи или избыточного света.
Ключевые выводы:
- Цитохром b6f использует проходящий через него электрический ток для «зарядки протонной батареи».
- Накопленная энергия затем используется для синтеза АТФ — энергетической валюты живых клеток.
- В конечном итоге эта реакция даёт энергию, необходимую растениям для превращения CO2 в углеводы и биомассу.
Как отметил доктор Мэтт Джонсон, цитохром b6f — это «бьющееся сердце фотосинтеза», играющее решающую роль в регулировании его эффективности. Ранее было показано, что, манипулируя уровнем этого комплекса, можно выращивать более крупные и продуктивные растения.
Новые структурные данные открывают путь к целенаправленному перепроектированию фотосинтеза у сельскохозяйственных культур. Это необходимо для достижения более высоких урожаев, которые потребуются для обеспечения продовольствием прогнозируемого населения мира в 9–10 миллиардов человек к 2050 году.
Следующая цель исследователей — выяснить, как работой цитохрома b6f управляет множество регуляторных белков и как эти регуляторы влияют на функцию комплекса.