Wysokorozdzielcze struktury białka roślinnego pokazują, jak działa jeden z kluczowych elementów fotosyntetycznej elektrowni komórkowej.

Odkrycie opisane w Nature Plants ujawnia, jak działają białka fotosyntetyczne na poziomie molekularnym. Badacze szczegółowo pokazali reakcje katalityczne zachodzące w tych białkach. Dzięki tym reakcjom rośliny mogą przetwarzać energię słoneczną na formy, które są dla nich użyteczne do wzrostu i przetrwania. Odkrycia te, pogłębiając naszą wiedzą na temat funkcjonowania roślin, mogą również przyczynić się do rozwoju nowych technologii związanych z przetwarzaniem energii słonecznej oraz poprawą wydajności uprawy roślin.

Wyniki badań, które rzucają nowe światło na procesy zachodzące w komórkach roślinnych, są dziełem zespołu naukowców z Zakładu Biofizyki Molekularnej Wydziału Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii oraz grupy Maxa Plancka Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego.

Jak tłumaczą naukowcy, podczas fotosyntezy komórki roślinne przetwarzają energię świetlną w energię chemiczną. Kluczową rolę w tym procesie pełnią fotosystemy, które współpracują z enzymatycznym kompleksem białkowym – cytochromem b6f, tworząc układ maszyn molekularnych, które działają w pewnym sensie jak elektrownie komórkowe.

Jak powiedział PAP prof. Artur Osyczka, zadaniem cytochromu b6f jest przeprowadzanie przemian chemicznych cząsteczki plastochinonu, która pełni rolę transportera elektronów w tym układzie. Proces ten jest niezbędny do wytwarzania energii potrzebnej roślinie do życia. Dzięki mikroskopii krioelektronowej badaczom udało się uchwycić cytochrom b6f w trakcie cyklu katalitycznego, co ujawniło zaskakującą pozycję jednej z kluczowych cząsteczek.

„Uzyskane struktury ujawniły istnienie kanałów wypełnionych wodą, które łączą miejsce katalityczne z powierzchnią białka. Na podstawie tych obserwacji zaproponowaliśmy mechanizm, który można porównać do działania tłoczka w strzykawce” – wyjaśnia dr hab. Sebastian Glatt, cytowany w komunikacie na stronie internetowej UJ.

„Cząsteczka plastochinonu oddziałuje z cząsteczką wody, która najprawdopodobniej bierze udział w reakcji chemicznej” – tłumaczy dr Rafał Pietras, jeden z autorów badania, cytowany w komunikacie. „Gdy plastochinon dociera do centrum katalitycznego, wypiera wodę przez kanały, a po zakończeniu reakcji woda powraca tą samą drogą. Podejrzewamy, że podobny mechanizm może być powszechny w innych białkach” – dodaje prof. Osyczka.

Wszystkie dotychczas opisane struktury cytochromu b6f zostały przygotowane w oparciu o dane zebrane przy użyciu mikroskopu Titan Krios G3i w Narodowym Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS. Struktura o wysokiej rozdzielczości opisana w „Nature Plants” jest obecnie najdokładniejszym modelem cytochromu b6f uzyskanym dla roślin wyższych. Badacze mogli oznaczyć położenie pojedynczych cząsteczek wody w strukturze tego dużego kompleksu białkowego. Opisane przez nich struktury dostarczą modeli do dokonywania w przyszłości obliczeń kwantowo-mechanicznych.

Badania finansowane były przez Narodowe Centrum Nauki (grant OPUS kierowany przez A. Osyczkę) oraz Fundację na rzecz Nauki Polskiej (grant TEAM kierowany przez A. Osyczkę, oraz grant TEAM TECH Core Facility kierowany przez S. Glatta).(PAP)

Nauka w Polsce

kol/ bar/