От негативных результатов к новым открытиям в биохимии хлоропластов
Исследователи из Университета штата Мичиган в исследовании, опубликованном в Plant Physiology, исправили распространённое в науке о растениях заблуждение об одном из фундаментальных компонентов фотосинтеза.
«Нежизнеспособные» мутанты оказались жизнеспособными
Работа была сосредоточена на ферментах, помогающих строить фотосинтетические мембраны хлоропластов в растительных клетках. Один из этих ферментов — LPPγ (липидная фосфатаза гамма).
Ранее считалось, что LPPγ необходим для роста растения, и мутанты, лишённые этого фермента, не должны выживать. Однако лаборатория Беннинга обнаружила, что такие мутанты растут без проблем.
«Эта статья по сути строится на негативном результате, исправляя предыдущее заблуждение в литературе, и указывает новое направление для решения важного биологического вопроса о биохимии хлоропластов», — сказал Кристоф Беннинг, руководитель исследования.
Эта неожиданная жизнеспособность мутантов заставила исследователей пристальнее изучить два «родственных» фермента — LPPε1 и LPPε2.
Роль в клеточной мембране
Фотосинтез происходит в хлоропластах, в их фотосинтетических мембранах. В отличие от большинства биологических мембран, состоящих из фосфолипидов, фотосинтетические мембраны растений содержат сахарные липиды. Учёные полагают, что растения совершили этот «переключатель», чтобы снизить зависимость от фосфатных питательных веществ в почве.
Это буквально переключение: строительные блоки мембраны (липиды) изначально содержат фосфаты. Растения используют один фермент для удаления фосфата, а другой — для замены его на сахар.
«Известно, какой фермент присоединяет этот сахар после удаления фосфата, но меньше известно о том, какие ферменты ответственны за удаление самого фосфата», — пояснил Рон Кук, первый автор исследования.
Чтобы выяснить, какие ферменты участвуют в этом процессе (дефосфорилировании), исследователи создали мутантов растения Arabidopsis (модельного организма), у которых отсутствовали два или три из предполагаемых ферментов: LPPγ, LPPε1 и LPPε2.
Дефосфорилирование может происходить как внутри хлоропласта, так и за его пределами, в эндоплазматическом ретикулуме (ЭПР). Один из мутантов в проекте испытывал трудности с преобразованием липидов, синтезированных в ЭПР.
Эксперименты показали, что два фермента, LPPγ и LPPε1, частично ответственны за дефосфорилирование фосфолипидов, происходящих из ЭПР.
«Два из этих ферментов влияют на импорт липидов в хлоропласт, и их совместная функция необходима для нормального роста растения, — сказал Беннинг. — Функция третьего гомолога остаётся менее определённой».
Поиск этой неизвестной функции — одно из следующих направлений работы исследователей, продолжающих раскрывать тайны фотосинтеза.