Новые данные о фотосинтезе: как помочь растениям эффективнее использовать солнечный свет
Фотосинтез производит кислород, питательные вещества и биоэнергию, но этот процесс неэффективен — растения используют лишь малую часть энергии солнца. Исследователи стремятся это изменить, чтобы повысить урожайность сельскохозяйственных культур. Мюнхенская научная группа обнаружила, что ключевую роль в этом может играть внешняя мембрана оболочки хлоропластов.
Логистика как ограничивающий фактор
Команда под руководством Франца Хагна, профессора структурной мембранной биохимии в TUM и руководителя группы в Helmholtz Munich, исследовала новый подход к оптимизации фотосинтеза, сосредоточившись не на химическом процессе, а на «логистике». Исследование опубликовано в журнале Nature Structural & Molecular Biology.
«Повышение выхода простых сахаров и других метаболитов в хлоропластах — предмет интенсивных исследований, — говорит Хагн. — Но одного улучшения процесса недостаточно. Продукты также должны транспортироваться из хлоропластов через внутреннюю и внешнюю мембраны оболочки, чтобы растение могло использовать их для роста».
Роль внешней мембраны пересмотрена
Хотя транспортные белки внутренней мембраны хорошо изучены, роль внешней мембраны оставалась неясной. Существовала теория, что она функционирует как сито, почти беспрепятственно пропуская метаболиты.
Исследователи опровергли эту теорию. Изучив молекулярную структуру транспортного белка во внешней мембране, они определили механизм, с помощью которого определённые молекулы выходят наружу. Было показано, что происходит контролируемый транспорт, который отбирает метаболиты по заряду и размеру.
«Внешняя мембрана оболочки хлоропластов долгое время исключалась из рассмотрения как барьер для метаболитов фотосинтеза. Теперь нам удалось показать, что, вероятно, она является важным ограничивающим и регулируемым фактором», — заявляет Хагн.
Перспективы применения
В дальнейшем учёные планируют изучить структурные и функциональные детали других транспортных белков внешней мембраны. В долгосрочной перспективе эти знания можно использовать, например, для интеграции большего количества и более крупных транспортных белков во внешнюю мембрану. Это позволит метаболитам быстрее выходить наружу и, таким образом, стимулировать рост растения.
«Повышение урожайности, например, энергетических растений, становится всё более важным в контексте изменения климата, экстремальных погодных условий и нехватки энергии», — отмечает Хагн.