PNAS Nexus: Ученые воссоздали в лаборатории ключевой элемент фотосинтеза

Человек научился делать многое, но у растений есть способность, которой нет у людей: они получают энергию напрямую из солнечного света с помощью фотосинтеза. Новое исследование ученых из Университета Осака Метрополитен сокращает этот разрыв.

Исследователи раскрыли 3D-структуру искусственного белкового комплекса фотосинтетической антенны, известного как светоулавливающий комплекс II (LHCII). Они продемонстрировали, что искусственный LHCII в точности повторяет свой природный аналог. Это открытие поможет понять, как растения собирают и управляют солнечной энергией, а также приведет к инновациям в области искусственного фотосинтеза.

Исследование ученых из Высшей школы науки и Исследовательского центра искусственного фотосинтеза под руководством доцента Рицуко Фудзии и аспиранта Соитиро Секи опубликовано в журнале PNAS Nexus.

Фотосинтез превращает солнечный свет в полезную энергию. В этом сложном процессе участвуют сотни различных молекул и белков. Один из них — LHCII, распространенный пигментно-белковый комплекс, который улавливает солнечный свет и направляет энергию в процесс фотосинтеза.

LHCII состоит из множества белков и молекул пигментов, поэтому воссоздать его непросто. И важный вопрос в том, насколько эти имитации будут близки к творению природы.

Обычные методы не дают точно определить структуру воссозданного в лаборатории LHCII, — говорит доктор Секи.

Ученые восстанавливают LHCII вне растений с помощью техники in vitro: синтезируют белковую часть LHCII в кишечной палочке и соединяют ее с натуральными пигментами и липидами.

Исследовательская группа использовала криоэлектронную микроскопию, чтобы проанализировать 3D-структуру восстановленного LHCII. Этот метод позволяет получать изображения образцов, замороженных при очень низких температурах. Благодаря этому можно детально рассмотреть расположение пигментов и белков внутри комплекса. Метод получил Нобелевскую премию по химии в 2017 году.

Мы создали в лаборатории версию LHCII, которая практически идентична природной. Есть лишь несколько незначительных отличий, — говорит доктор Секи.

Результаты подтверждают эффективность метода восстановления in vitro и открывают новые возможности для изучения работы LHCII и его роли в фотосинтезе. Это поможет в будущем добиться успехов в искусственном фотосинтезе и создании новых технологий производства растений.

Наш результат позволяет оценить функции восстановленного LHCII. Мы надеемся, что это будет способствовать дальнейшим исследованиям молекулярных механизмов, с помощью которых растения используют солнечный свет для химических реакций, — заключает профессор Фудзии.

28.10.2024