Новый переносчик для жирных кислот

Растительные масла из семян — основа многих аспектов современной жизни, используемых для производства кулинарного масла, мыла, топлива, косметики, лекарств, напольных покрытий и других повседневных продуктов. Независимо от происхождения (оливки, масличная пальма, рапс, соя, арахис, подсолнечник), основные энергоёмкие компоненты этих масел — липиды, содержащие жирные кислоты, которые синтезируются в хлоропластах растений. Хотя большая часть этого процесса известна, механизм, с помощью которого эти важные молекулы покидают хлоропласт, оставался неясным.

Биологи из Мюнхенского университета имени Людвига-Максимилиана обнаружили ранее неизвестную транспортную систему для жирных кислот в растительных клетках. Биолог LMU доктор Катрин Филиппар и её исследовательская группа показали в статье, опубликованной в открытом журнале PLOS Biology, что новый мембранный белок хлоропласта играет ключевую роль в транспорте жирных кислот из места их синтеза в хлоропластах в цитоплазму клетки, где они включаются в молекулы липидов. Работа может открыть новые пути для улучшения производства биотоплива.

Жирные кислоты — основные составляющие липидов. В растениях они синтезируются исключительно в хлоропластах и должны быть экспортированы в цитоплазму клетки, прежде чем будут включены в липиды. «Однако механизм транспорта жирных кислот через мембраны хлоропласта до сих пор был неясен», — говорит биолог LMU доктор Катрин Филиппар.

Исследователи идентифицировали интегральный мембранный белок во внутренней оболочке хлоропласта у модельного растения Arabidopsis thaliana. Они назвали его FAX1 (от 'fatty acid export 1') на основе исследований линий Arabidopsis, которые либо утратили способность производить FAX1, либо синтезировали его в избытке. Эти исследования показали, что FAX1 необходим для синтеза богатых жирными кислотами и липидами слоёв, покрывающих пыльцевые зёрна и образующих общий восковой слой на поверхности растения. Кроме того, у растений, неспособных экспрессировать FAX1, содержание липидов вне хлоропластов снижено. В линиях, сверхэкспрессирующих FAX1, наблюдался противоположный эффект. В частности, уровни так называемых триацилглицеринов (TAG) в листьях и цветках этих линий были значительно выше, чем у диких растений.

«Более того, мы смогли показать, что FAX1 может транспортировать жирные кислоты в клетках дрожжей. На основе этих данных мы делаем вывод, что FAX1 в Arabidopsis опосредует экспорт жирных кислот через внутреннюю мембрану оболочки хлоропласта. Таким образом, наша работа раскрывает новый и ранее совершенно неизвестный механизм транспорта жирных кислот», — объясняет Филиппар. «FAX1 также оказывает влияние — вероятно, косвенное — на метаболизм углеводов в клетке, поскольку липиды и углеводы служат основными источниками метаболической энергии у растений», — добавляет она.

Значение функции FAX1 для синтеза TAG представляет особый интерес, поскольку богатые TAG растительные масла являются основой для производства биотоплива. «Наши эксперименты показывают, что сверхэкспрессия FAX1 увеличивает общий уровень TAG в Arabidopsis. Поэтому дальнейшее изучение членов этого семейства белков может привести к новым стратегиям производства биотоплива», — заключает Филиппар. Интересно, что белки, обнаруженные в митохондриях позвоночных, чья биологическая роль также оставалась неизвестной, родственны семейству FAX. Дальнейшее изучение белков FAX, таким образом, обещает пролить свет и на функцию этих загадочных генетических продуктов.