Ученые выяснили механизмы светособирания у зеленых водорослей

Новое исследование китайских и японских ученых охарактеризовало светособирающую систему одноклеточной зеленой водоросли Chlamydomonas reinhardtii. Работа углубляет понимание молекулярных основ эффективного улавливания света и фотозащиты у зеленых водорослей в условиях переменной освещенности.

Исследование провели группа доктора Лю Чжэньфэна из Института биофизики Китайской академии наук и доктор Дзюн Минагава из Японского национального института фундаментальной биологии. Результаты опубликованы онлайн в журнале Nature Plants 25 ноября 2019 года.

Кислородный фотосинтез у водорослей и растений зависит от молекул фотосистемы II (PSII) и светособирающего комплекса II (LHCII), а также их суперкомплексов, которые преобразуют световую энергию в химическую. C. reinhardtii — важная модель для исследований фотосинтеза. Ее молекулы LHCII соединяются с PSII, образуя суперкомплекс C₂S₂M₂L₂ (крупнейший из известных у водорослей или растений), а также меньший суперкомплекс типа C₂S₂.

Ключевые открытия:

• Ученые определили структуры обоих суперкомплексов (C₂S₂M₂L₂ и C₂S₂) с помощью криоэлектронной микроскопии (cryo-EM).
• Показано, что тример LHCII, прочно связанный с ядром PSII (C), содержит три различные субъединицы: LhcbM1, LhcbM2 и LhcbM3. Две особые липидные молекулы опосредуют взаимодействия между LhcbM1 и антенной CP43 ядра PSII.
• Обнаружено, что одна пара умеренно связанных тримеров LHCII (M-LHCII) и дополнительная пара слабо связанных тримеров LHCII (L-LHCII) присоединяются к периферийной области суперкомплекса C₂S₂, формируя суперкомплекс C₂S₂M₂L₂.
• Малые антенные комплексы CP29 и CP26 содержат несколько участков, специфичных для зеленых водорослей и отсутствующих у наземных растений. Эти особые области на CP29 играют ключевую роль в связывании L-LHCII и M-LHCII и стабилизации сборки, а области CP26 усиливают его собственное взаимодействие с S-LHCII (прочно связанным с PSII).
• С помощью количественного анализа хлорофилл-хлорофилльных взаимодействий выявлены множественные пути переноса энергии от L-LHCII, M-LHCII и S-LHCII к PSII, что объясняет фундаментальные этапы процесса светособирания у зеленых водорослей.