Светочувствительные «глаза» растений

Учёные из Гётеборгского университета совместно с финскими коллегами выяснили, как светочувствительные белки в клетках растений меняются при обнаружении света. Результаты опубликованы в свежем номере Nature.

Речь идёт о семействе белков фитохромов, присутствующих во всех листьях растений. Эти белки определяют наличие света и сообщают клетке, день сейчас или ночь, находится растение в тени или на солнце.

«Можно считать их "глазами" растения. Наше исследование показало, как эти глаза работают на молекулярном уровне», — поясняет Себастьян Вестенхофф из Департамента химии и молекулярной биологии.

Молекулы меняются на свету

Большинство растений старается избегать тени и расти к свету, что позволяет им, среди прочего, потреблять больше углекислого газа в процессе фотосинтеза. Этот процесс контролируют фитохромы. Под действием светового излучения фитохромы изменяются, и сигналы передаются дальше в клетки.

Как и большинство других белков, фитохромы имеют трёхмерную молекулярную структуру. Свет поглощается фитохромами, и структура белка меняется.

Учёные исследовали это структурное изменение на фитохромах из бактерий, так как от них можно получить достаточное количество материала для работы.

«Мы уже знали, что происходит какая-то форма структурного изменения, поскольку световые сигналы должны передаваться дальше в клетку. Однако мы не знали, как именно меняется структура, и это мы и выяснили. Перестраивается почти вся молекула», — говорит Себастьян Вестенхофф.

Более эффективные сельскохозяйственные культуры

Это открытие углубляет понимание работы фитохромов. Это, в свою очередь, может привести к новым стратегиям в создании более эффективных сельскохозяйственных культур, способных расти в условиях низкой освещённости.

«Белки — это фабрики и машины жизни, и их структуры меняются, когда они выполняют свои конкретные задачи. В данный момент обычно невозможно определить эти изменения. Но я считаю, что мы можем использовать аналогичные эксперименты для определения многих важных структурных изменений в фитохромах и других белках», — отмечает Вестенхофф.

Новый метод измерения

Исследование стало возможным благодаря новому методу измерения, разработанному Себастьяном Вестенхоффом. Метод основан на использовании лазерного света для инициации структурного изменения. Затем для визуализации этого изменения используются рентгеновские лучи.

Проект берёт начало от предложения учёного Янне Ихалайнена из Университета Йювяскюля два года назад: «Он спросил, можем ли мы применить мой метод к фитохромам, с которыми он недавно начал работать».