Умные водоросли получили доступ к зеленому свету

Фитопланктон не только составляет основу пищевой цепи в океанах, но и фиксирует углерод в процессе фотосинтеза, генерируя кислород с помощью солнечной энергии. Значительную часть фитопланктона составляют криптофитовые водоросли — сложные одноклеточные организмы. В ходе эволюции эти водоросли адаптировали свои механизмы улавливания света к окружающей среде и научились использовать зеленый свет. Исследователи под руководством профессора Николь Франкенберг-Динкель впервые показали сходства и различия в сборке светособирающего аппарата криптофитовой водоросли Guillardia theta по сравнению с цианобактериями и красными водорослями. Их статья в текущем выпуске "The Journal of Biological Chemistry" вошла в 2% публикаций, отобранных как "Статья недели".

Криптофиты: Матрешки водного мира

В отличие от типичных эукариотических клеток (всех клеток с ядром), клетки криптофит напоминают русскую матрешку: это водоросль внутри водоросли. Они произошли от эукариотической клетки, которая поглотила и интегрировала красную водоросль. Так криптофиты приобрели способность к фотосинтезу. Как и их предки-красные водоросли, криптофиты используют для улавливания света не только зеленый пигмент хлорофилл, но и могут поглощать зеленый свет, который хлорофилл "пропускает". Это возможно благодаря синим или красным белкам — так называемым фикобилипротеинам. После интеграции красной водоросли ее геном со временем сократился и объединился с геномом клетки-хозяина. В этом процессе произошли изменения на генетическом, биохимическом и физиологическом уровнях, что позволило адаптироваться к новым экологическим нишам. Хотя водоросли сохранили базовый принцип фотосинтеза, их светособирающие фикобилипротеины были сильно модифицированы и сильно отличаются от предков — цианобактерий и красных водорослей.

Защищенная транспортировка пигмента в "бочке"

Во многом механизм работы светособирающего аппарата Guillardia theta оставался непонятным. Исследователям из Рурского университета впервые удалось заглянуть в сложный биосинтез фикобилипротеинов криптофитов. "Guillardia theta явно комбинирует проверенные и новые методы синтеза и ферменты", — говорит профессор Николь Франкенберг-Динкель. Биосинтез пурпурного светособирающего пигмента фикоэритробилина похож на таковой у цианобактерий. Однако присоединение пигментов к структуре фикобилипротеина осуществляется как известными, так и новыми ферментами. Команде профессора Франкенберг-Динкель удалось охарактеризовать один из таких ферментов "стыковки", GtCPES, в биохимическом и структурном отношении. В сотрудничестве с доктором Рафаэлем Гаспер-Шёненбрюхером из рабочей группы по белковой кристаллографии под руководством профессора Экхарда Хофмана они определили атомную структуру GtCPES. GtCPES имеет форму бочки, которая закрыта только снизу, а сверху открыта, чтобы пропускать только пурпурный пигмент фикоэритробилин. Функция "бочки" — защищать чувствительный пигмент от внешних воздействий во время его транспортировки к цели, то есть к апо-фикобилипротеину. Благодаря структурным особенностям "горлышка" бочки, перенос пигмента осуществляется в правильной ориентации к четко определенному участку на поверхности белка-мишени.