Учёные раскрыли структуру фотосинтетического суперкомплекса бактерий

Исследователи из Ливерпульского университета определили атомную структуру особого фотосинтетического суперкомплекса, чтобы понять, как он формируется и осуществляет эффективный перенос электронов.

Исследование представлено на обложке последнего выпуска журнала Science Advances.

Пурпурные бактерии — одноклеточные микроорганизмы, представляющие одну из древнейших форм жизни на Земле. Они используют солнечный свет как источник энергии с помощью эффективного фотосинтетического аппарата, расположенного в их фотосинтетической мембране. Этот аппарат состоит из серии пигмент-белковых комплексов, которые захватывают солнечную энергию и преобразуют её в химическую для питания всех функций клетки.

Центральный компонент аппарата — суперкомплекс RC–LH1, образованный кольцом светособирающего комплекса 1 (LH1), окружающим реакционный центр (RC). LH1 захватывает фотоны солнечного света и направляет их в RC, где солнечная энергия преобразуется в химическую.

С помощью высокоразрешающей криоэлектронной микроскопии (cryo-EM) исследователи показали особую структуру RC–LH1 у пурпурной фотосинтетической бактерии Rhodobacter veldkampii. В отличие от замкнутого кольца LH1 у многих бактерий, этот мономер RC–LH1 имеет С-образное кольцо LH1 с большим отверстием. Исследование показало, что это отверстие формируется дополнительным белковым пептидом PufX. PufX работает как молекулярная «распорка», соединяя RC и LH1 и стабилизируя структуру ядра RC–LH1.

«Врата», образованные PufX в этом суперкомплексе, — самые большие среди известных структур фотосинтетических RC–LH1. Они обеспечивают широкий канал для диффузии молекул-переносчиков электронов, хинонов, через барьер LH1 для эффективного транспорта электронов. С помощью вычислительных методов исследователи подтвердили обмен хинонами через этот специфический канал.

«Природа создала различные интригующие фотосинтетические архитектуры RC–LH1 у экологически разнообразных пурпурных бактерий, — сказал профессор Лунинг Лю, руководивший исследованием. — Это структурное разнообразие отражает различные механизмы переноса энергии и транспорта электронов, которые позволяют бактериям выживать в своей специфической нише. Понимание того, как формируются и функционируют природные фотосинтетические комплексы, важно для изучения фотосинтетических процессов и физиологической регуляции. Это даст нам лучшие решения для улучшения фотосинтеза и развития биоэнергетики».