Фотосинтез ціанобактерій

Для фотосинтезу в клітинах рослин, водоростей і ціанобактерій існують величезні білкові комплекси, серед яких є антени-фотоуловітелі, реакційні центри, переносники електронів та ін. І якщо говорити, наприклад, про синьо-зелених водоростях (які, як вважається, дали нашій планеті кисень ), то у них вся ця купа білків об`єднана в три модуля, що називаються фікобілісоми, фотосистемою II і фотосистемою I.

Зрозуміло, що ці комплекси повинні розташовуватися поруч один з одним і особливим чином контактувати - щоб перенесення енергії проходив швидко і ефективно, інакше ніякої вигоди від всієї фотосинтетичної машини не буде. Однак до сих пір дослідники могли вивчати тільки роз`єднані компоненти фотосинтетичного апарату. Хоча і передбачалося, що вони повинні бути з`єднані, цього ніяк не вдавалося побачити експериментально, і навіть впевненості в тому, що такий мегакомплекс існує, не було.

Відео: Фотосинтез

Фотосинтетичний мегакомплекс ціанобактерій- над площиною мембрани виступають фотоуловітельние антени фікобілісоми, а під нею розташовуються комплекси фотосистем I і II. (Ілюстрація Haijun Liu / Washington University in St. Louis.)

І ось стараннями Роберта Бланкеншіп (Robert Blankenship) і його колег з Вашингтонського університету в Сент-Луїсі (США) такий комплекс все-таки вдалося побачити.

Відео: Цианобактерии, аеробне дихання і озоновий шар

Дослідники експериментували з синьо-зеленими водоростями. Їм вдалося витягнути з клітин ціанобактерій фікобілісоми (які служать антеною для фотонів) разом з обома фотосистемою. Для цього білки, що входять до складу фотосинтетичної машини, особливим чином мітили, щоб потім, обробивши живу клітину спеціальним реагентом, змусити білки міцно зв`язатися один з одним. Досить міцно для того, щоб їх можна було витягти з клітки і вивчити іншими методами.

Мас-спектрометричний аналіз підтвердив, що мегакомплекс дійсно об`єднує всі три модулі. Заодно з`ясувалося, які саме білки забезпечують єдність комплексу і як саме вони це роблять. (З огляду на розмір цієї фотосинтетичної мегамашини, можна уявити, яку масу даних довелося проаналізувати після руйнування білків на пептиди.)

Відео: Future Biotech Live і біомолекул: Наука на сніданок # 5

Одночасно вдалося експериментально побачити, як відбувається перенос енергії всередині мегакомплекс. Перенесення порції енергії і справді здійснювався в комплексі надшвидкої - за одну пікосекунду. Однак для ефективного переносу електронів одного лише мегакомплекс мало: тут були потрібні мобільні посередники на кшталт білка цитохрому та інших, які плавали б поруч. Все разом можна представити у вигляді величезної молекулярної гори, через яку йде потік енергії, а навколо снують молекули-посередники, що полегшують передачу електронів.

Навіть якщо не надто уявляти собі деталі цієї роботи, все одно легко зрозуміти як її фундаментальне значення (а це великий прорив у вивченні фотосинтезу), так і прикладне (основа для майбутніх розробок штучних фотосинтетичних агрегатів). Крім того, методи, якими користувалися дослідники, можна застосувати і до інших надмолекулярних комплексів, будова і функціонування яких нам ще належить вивчати і вивчати.

Результати дослідження опубліковані в журналі Science.