Уникальный белковый комплекс пурпурных серных бактерий повышает эффективность фотосинтеза в экстремальных условиях
Учёные из Университета Цукубы изучили структуру и эффективность передачи световой энергии белкового комплекса, ключевого для фотосинтеза пурпурных серных бактерий, обитающих в условиях высокой солёности и щёлочности. Криоэлектронная микроскопия и компьютерный анализ показали, что этот уникальный комплекс значительно повышает способность к преобразованию энергии. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
В отличие от растений и цианобактерий, фотосинтезирующие бактерии, такие как пурпурные серные, процветают в экстремальных условиях с высокой концентрацией соли и щёлочностью. Эти бактерии используют сероводород (H2S) для преобразования солнечной энергии в химическую.
Ключевую роль в этом процессе играют светособирающие белковые комплексы — в частности, комплекс LH2 и основной комплекс реакционного центра LH1-RC.
Считается, что пурпурная серная бактерия Halorhodospira halophila эффективно осуществляет фотосинтез, интегрируя LH2 и LH1-RC. Однако у несерных бактерий взаимодействие между LH2 и LH1-RC слабое, и причина этого ключевого различия оставалась неясной.
Для исследования учёные использовали криоэлектронную микроскопию, чтобы наблюдать LH2 и LH1-RC из Hlr. halophila на уровне аминокислот.
Результаты показали, что образуются комплексы LH1-LH2 и LH1-RC, наименьшая единица структуры LH1 состоит из необычной полипептидной цепи, и эта структура LH1 окружает LH2 или RC.
Кроме того, эксперименты по измерению межмолекулярного переноса энергии показали, что комплекс LH1-LH2 достигает почти 100%-ной эффективности передачи световой энергии. Это говорит о том, что его структурная организация усиливает преобразование энергии.
Эти открытия дают новое понимание того, как бактерии осуществляют высокоэффективный фотосинтез даже в экстремальных условиях, одновременно превращая токсичный H2S в серу. Эти знания могут способствовать прогрессу в области солнечной энергетики и охраны окружающей среды.