Ученые открывают ключ к улучшению фотосинтеза
Фотосинтез - это основа жизни на Земле, обеспечивающая пищу, кислород и энергию всей биосферы
Ученые определили структуру одного из ключевых компонентов фотосинтеза — открытие, которое может привести к «перепроектированию» фотосинтеза для достижения более высоких урожаев и удовлетворения насущных потребностей в области продовольственной безопасности.
Исследование, проведенное Университетом Шеффилда и опубликованное в журнале Nature, раскрывает структуру цитохрома b6f — белкового комплекса, который существенно влияет на рост растений посредством фотосинтеза.
Фотосинтез — это основа жизни на Земле, обеспечивающая пищу, кислород и энергию, которые поддерживают всю биосферу и человеческую цивилизацию.
Используя структурную модель с высоким разрешением, команда ученых обнаружила, что белковый комплекс обеспечивает электрическую связь между двумя хлорофилл-белками, обладающими малой энергией (фотосистемы I и II), содержащимися в хлоропластах растительных клеток, которые преобразуют солнечный свет в химическую энергию.
«Наше исследование дает важные новые сведения о том, как цитохром b6f использует электрический ток, проходящий через него, для получения энергии», — говорит Лорна Мэлоун, первый автор исследования.
«Затем накопленную энергию можно затем использовать, чтобы создать АТФ, энергетическую «валюту» живых клеток. В конечном счете, эта реакция обеспечивает энергию, необходимую растениям для превращения углекислого газа в углеводы и биомассу, которые поддерживают мировую пищевую цепь».
Структурная модель высокого разрешения, определенная с помощью криоэлектронной микроскопии, раскрывает новые детали дополнительной роли цитохрома b6f в качестве датчика для настройки эффективности фотосинтеза в ответ на постоянно меняющиеся условия окружающей среды. Этот механизм реагирования защищает растение от повреждений во время воздействия суровых условий, таких как засуха или избыточный свет.
«Предыдущие исследования показали, что, манипулируя уровнями этого комплекса, мы можем выращивать более крупные и качественные растения. Благодаря новому пониманию, которое мы получили, мы можем надеяться на рациональное изменение фотосинтеза в сельскохозяйственных растениях для достижения более высоких урожаев, которые необходимы, чтобы поддерживать прогнозируемое население мира в 9-10 миллиардов к 2050 году» — говорят исследователи.
В настоящее время ученые стремятся установить, как цитохром b6f контролируется множеством регуляторных белков и как эти регуляторы влияют на функцию этого комплекса.
Cryo-EM structure of the spinach cytochrome b6 f complex at 3.6 Å resolution, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1746-6 , https://nature.com/articles/s41586-019-1746-6