Водорасло улавя далечната червена светлина за фотосинтеза, пренареждайки обикновения хлорофил

Сладководно водорасло се възползва максимално от слабата светлина

Ваня Милева Последна промяна на 17 March 2026 в 00:00 4022 0

Сладководно има уникална хлорофилна структура за улавяне на далечната червена светлина

Кредит Yuki Isaji, Soichiro Seki
Сладководното водорасло Trachydiscus minutus има уникална хлорофилна структура за улавяне на далечната червена светлина. Това едноклетъчно водорасло събира далечна червена светлина, като организира хлорофилните молекули в големи, кооперативни клъстери в рамките на своята фотосинтетична антена.

За да оцелеят в райони, където е трудно да фотосинтезират, някои организми възприемат уникални стратегии. Изследователи от Столичния университет в Осака са открили, че сладководно водорасло улавя далечната червена светлина като допълнителен източник на енергия, като подрежда обикновения хлорофил по необикновен начин.

Далечната червена светлина е извън оптималния диапазон за фотосинтеза за много организми. И все пак в сенчести гори и мътните води, където тази светлина доминира, растенията и водораслите все пак осъществяват фотосинтеза, създавайки нещо от почти нищо.

"Докато някои цианобактерии използват специализирани хлорофили, за да абсорбират далечната червена светлина, много растения и водорасли постигат същия ефект, като реорганизират обикновения хлорофил а в кооперативни структури в рамките на своите фотосинтетични антени", разказва Рицуко Фуджи (Ritsuko Fujii), водещ автор и доцент от Центъра за изкуствена фотосинтеза в Столичния университет в Осака.

Хлорофилът е пигмент, който не може да абсорбира самостоятелно далечната червена светлина. В такъв случай, как точно тези организми постигат фотосинтеза?

Екипът е търсил отговор в сладководното еустигматофитно водорасло Trachydiscus minutus, организъм, който натрупва големи количества светлоулавящ протеин, който може да използва далечната червена светлина. Въпреки че водораслото може да извършва фотосинтеза при нормални светлинни условия, високите нива на светлоулавящия протеин са особено полезни за оцеляване при условия на слаба светлина.

"Организмът произвежда специализирана фотосинтетична антена, наречена виолаксантин-хлорофилен протеин с червено изместване (rVCP - red-shifted violaxanthin–chlorophyll protein), която абсорбира далечната червена светлина, въпреки че съдържа само хлорофил а", обяснява Фуджи.

Използвайки криоелектронна микроскопия, изследователите определят структурата на rVCP с висока резолюция от 2,4 Å. Те откриват, че протеинът образува неизвестна досега архитектура: тетрамер, съставен от два различни хетеродимера. Тази уникална структура доближава молекулите на хлорофил а, което им позволява да образуват необичайно големи пигментни клъстери.

Тетрамерът е молекула или полимер, съставен от 4 структурни субединици - мономери или пептидни вериги. Хетеродимерът е молекулярен комплекс, съставен от 2 различни, неидентични субединици – често протеини или рецепторни вериги – свързани заедно. За разлика от хомодимерите, които сдвояват идентични молекули, хетеродимерите комбинират различни компоненти, за да генерират уникални функционални, сигнални или структурни свойства, често действайки като специализирани рецептори или ензими.

За да разберат как тази структура влияе върху абсорбирането на светлината, екипът комбинира структурните данни с многомащабни квантовохимични изчисления.

"Нашият анализ показва, че три хлорофилни клъстера във всеки хетеродимер играят основна роля в абсорбирането на далечната червена светлина", посочва Фуджи. "Важно е да се отбележи, че това абсорбиране произтича единствено от делокализация на енергията в множество хлорофилни молекули, независимо от ефектите на пренос на заряд, за които се смята, че задвижват подобни системи с червено изместване."

Тези открития разкриват фундаментално различен механизъм за настройване на цвета на абсорбираната светлина, при който протеиновата структура прецизно контролира взаимодействията между идентични молекули хлорофил, без химически да модифицира пигмента. Това обяснява устойчивостта на тези организми в тежки условия.

Откритието има и практически последици. Някои еустигматофити са известни със способността си да съхраняват масла, което ги прави обещаващи кандидати за устойчиво производство на биоенергия. Използването на организми, които могат да фотосинтезират ефективно под въздействието на далечна червена светлина, би могло да позволи добива на нефт в конвенционално неподходящи среди.

Необичайната тетрамерна структура на rVCP може също да предложи нов план за дизайн на протеини. Тъй като подредбата на пигментите се определя от протеиновата последователност, тази рамка би могла да помогне за насочване на инженерството на изкуствени или подобрени фотосинтетични системи.

"Тъй като интересът към разширяване на фотосинтезата в далечния червен регион нараства, за да се повиши общата фотосинтезна продуктивност на Земята, следващата ни цел е да разкрием как този комплекс доставя уловената енергия на фотосистемата и как този механизъм може да бъде оптимизиран", споделя Фуджи.

Справка: Exciton Delocalization Promotes Far-Red Absorption in a Tetrameric Chlorophyll a Light-Harvesting Complex from Trachydiscus minutusClick to copy article link; Soichiro Seki, Lorenzo Cupellini, David Bína, Elena Betti, Petra Urajová, Hideaki Tanaka, Tomoko Miyata, Keiichi NambaGenji, KurisuTomáš Polívka, Radek Litvín, Ritsuko Fujii; Journal of the American Chemical Society; 0002-7863; https://doi.org/10.1021/jacs.5c17299

Източник: How an alga makes the most of dim light, Osaka Metropolitan University

Виж още за:
    Най-важното
    Всички новини

    Още от Животът

    Коментари

    За писането на коментар е необходима регистрация.
    Моля, регистрирайте се от TУК!
    Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

    Няма коментари към тази новина !