Ученые раскрыли структуру одного из ключевых компонентов фотосинтеза, открытие, которое может привести к «перестройке» фотосинтеза для достижения более высоких урожаев и удовлетворения насущных потребностей в области продовольственной безопасности.
Исследование, проведенное Университетом Шеффилда и опубликованное сегодня в журнале Nature, раскрывает структуру цитохрома b6f - белкового комплекса, который существенно влияет на рост растений посредством фотосинтеза.
Фотосинтез является основой жизни на Земле, обеспечивающей пищу, кислород и энергию, которые поддерживают биосферу и человеческую цивилизацию.
Используя структурную модель с высоким разрешением, команда обнаружила, что белковый комплекс обеспечивает электрическую связь между двумя питаемыми светом белками хлорофилла (фотосистемами I и II), обнаруженными в хлоропластах растительных клеток, которые преобразуют солнечный свет в химические вещества. энергия.
Лорна Мэлоун, первый автор исследования и аспирант кафедры молекулярной биологии и биотехнологии Шеффилдского университета, сказала: «Наше исследование дает важные новые сведения о том, как цитохром b6f использует проходящий через него электрический ток. для питания "протонной батареи". Эта сохраненная энергия затем может быть использована для производства АТФ, энергетической валюты живых клеток. В конечном итоге эта реакция обеспечивает энергию, необходимую растениям для превращения углекислого газа в углеводы и биомассу, которые поддерживают глобальную пищевая цепь."
Структурная модель высокого разрешения, полученная с помощью одночастичной криоэлектронной микроскопии, раскрывает новые детали дополнительной роли цитохрома b6f в качестве сенсора для настройки эффективности фотосинтеза в ответ на постоянно меняющиеся условия окружающей среды. Этот ответный механизм защищает растение от повреждений при воздействии суровых условий, таких как засуха или избыток света.
Доктор Мэтт Джонсон, доцент кафедры биохимии в Университете Шеффилда и один из руководителей исследования, добавил: «Цитохром b6f - это бьющееся сердце фотосинтеза, играющее решающую роль в регулировании эффективности фотосинтеза.
Предыдущие исследования показали, что, манипулируя уровнями этого комплекса, мы можем выращивать большие и лучшие растения. Благодаря новым знаниям, которые мы получили из нашей структуры, мы можем надеяться рационально перестроить фотосинтез в культурных растениях для достижения более высоких урожай, который нам срочно необходим, чтобы к 2050 году поддерживать прогнозируемое население планеты в 9-10 миллиардов человек».
Исследование проводилось в сотрудничестве с Центром структурной молекулярной биологии Эстбери при Университете Лидса.
Исследователи теперь стремятся установить, как цитохром b6f контролируется множеством регуляторных белков и как эти регуляторы влияют на функцию этого комплекса.