Ново проучване, проведено от изследователи от Университета в Ливърпул, разкрива как древните фотосинтезиращи организми - цианобактериите - развиват своите фотосинтезиращи машини и организират своята фотосинтезираща мембранна архитектура за ефективно улавяне на слънчевата светлина и енергийната трансдукция - процесът на прехвърляне на ДНК между клетките с помощта на вируси.
Кислородната фотосинтеза, осъществявана от растения, водорасли и цианобактерии, произвежда енергия и кислород, необходим за живота на Земята и е може би най-важният биологичен процес. Цианобактериите са сред най-ранните фототрофи, които могат да извършват кислородна фотосинтеза и да допринасят значително за земната атмосфера и първичното й производство.
Светлозависимите фотосинтезиращи реакции се извършват от набор от фотосинтезиращи комплекси и молекули, настанени в специализираните клетъчни мембрани, наречени тилакоидни мембрани. Докато някои проучвания съобщават за структурите на фотосинтезиращите комплекси и как те извършват фотосинтезата, изследователите все още не разбират добре как са изградени и доразвити естествените тилакоидни мембрани, за да се превърнат във функционална единица в цианобактериалните клетки.
Изследователският екип, воден от професор Лунин Лиу (Luning Liu) от Университетския институт по системна, молекулярна и интегративна биология, разработва метод за контрол на образуването на тилакоидни мембрани по време на клетъчния растеж и използва най-съвременната протеомика и микроскопско изобразяване, за да характеризира процес на постепенно узряване на тилакоидни мембрани. Резултатите от тях са публикувани в списание Nature Communications.
„Наистина сме развълнувани от констатациите“, заявява професор Лиу. „Нашето изследване дава картина за това как фототрофите генерират и след това развиват своите фотосинтезиращи мембрани и как различни фотосинтезиращи компоненти са включени и разположени в тилакоидната мембрана за извършване на ефективна фотосинтеза - дългогодишен въпрос в тази област“.
В мембраната на тилакоидните дискове има комплекси, които участват в улавянето на светлината, например хлорофилът – пигмент, който дава на растенията зеления им цвят. Тилакоидните дискове са кухи и пространството в тях се нарича тилакоидно пространство или тилакоиден лумен. Докато пространството, изпълнено с течност, което обгражда тилакоидите, се нарича строма. Кредит: khanacademy.org
„Откриваме, че новосинтезираните тилакоидни мембрани се появяват между периферната клетъчна мембрана, наречена плазмена мембрана, и съществуващия тилакоиден слой. Чрез откриване на протеиновите състави и фотосинтезиращите дейности по време на процеса на развитие на тилакоидите, ние също така откриваме, че фотосинтезиращите протеини са добре контролирани в пространството и времето, за да се развият и съберат в тилакоидните мембрани", обяснява водещият автор на изследването д-р Туомас Хуоко (Tuomas Huokko).
Новото изследване показва, че цианобактериалната тилакоидна мембрана е наистина динамична биологична система и може бързо да се адаптира към промените в околната среда по време на растежа на бактериите. В тилакоидите фотосинтезиращите протеини могат да се дифузират от една позиция в друга и да образуват функционални „протеинови острови“, за да работят заедно за висока фотосинтезираща ефективност.
„Тъй като цианобактериите извършват фотосинтеза, подобна на тази в растенията, знанията, получени от цианобактериалните тилакоидни мембрани, могат да бъдат приложени и за тилакоидите на растенията“, добавя професор Лиу. „Разбирането как естествените фотосинтезиращи машини се развиват и регулират във фототрофите е жизненоважно за настройката и подобряването на фотосинтезиращите характеристики. Това предлага решения за устойчиво подобряване на фотосинтезата и добивите на културни растения в контекста на изменението на климата и нарастващото население. Нашите изследвания могат също да са от полза за биоинспирирания дизайн и генерирането на изкуствени фотосинтезиращи устройства за ефективен електронен трансфер и производство на биоенергия".
Справка: “Probing the biogenesis pathway and dynamics of thylakoid membranes” by Tuomas Huokko, Tao Ni, Gregory F. Dykes, Deborah M. Simpson, Philip Brownridge, Fabian D. Conradi, Robert J. Beynon, Peter J. Nixon, Conrad W. Mullineaux, Peijun Zhang and Lu-Ning Liu, 9 June 2021, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-021-23680-1
Източник: New Insight Into Biosynthesis: How Cyanobacteria Evolve Their Photosynthetic Machinery, University of Liverpool
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари