Новые данные о структуре и механизмах ключевых белков микробного фотосинтеза

Исследование, опубликованное в Nature Communications, предоставляет новые данные об атомных структурах и механизмах сборки ключевых фотосинтетических белков, участвующих в микробном фотосинтезе.

Пурпурные бактерии — древнейшие микроорганизмы, способные улавливать энергию солнечного света с помощью фотосинтеза. Его центральный компонент у этих бактерий — суперкомплекс RC-LH1, состоящий из кольца светособирающего комплекса 1 (LH1), окружающего реакционный центр (RC), и множества связанных пигментных молекул, таких как бактериальные хлорофиллы и каротиноиды.

С помощью криоэлектронной микроскопии (cryo-EM) и генетических методов учёные раскрыли ключевую информацию о структуре фотосинтетического ядерного комплекса пурпурной бактерии Rhodobacter sphaeroides (R. sphaeroides).

Была выявлена димерная структура RC-LH1 и несколько её структурных вариантов у R. sphaeroides. Этот димер RC-LH1 имеет «S-образное» кольцо LH1 с большим отверстием, которое формируется двумя дополнительными белковыми пептидами — PufX и PufY. Генетически «удалив» эти пептиды, исследователи установили, что PufX отвечает за связывание двух мономерных ядер в димерную структуру, а пептид PufY, расположенный с противоположной стороны отверстия, важен для поддержания «ворота».

На основе систематического изучения димерной структуры и её вариантов учёные предложили модель, как фотосинтетический ядерный комплекс образуется и самоорганизуется в природе.

С помощью вычислительных подходов было доказано, что «ворота» в «S-образном» кольце LH1 служат каналами для диффузии молекул-переносчиков электронов — хинонов — через барьер LH1, что является основой для эффективного фотосинтетического транспорта электронов.

Это исследование даёт структурную основу для понимания вариабельности и модульности бактериальных фотосинтетических комплексов, которые обеспечивают эффективное поглощение света, перенос энергии возбуждения и транспорт хинонов, позволяя фотогетеротрофным бактериям расти в своей специфической нише.