Ученые раскрыли структурный механизм ремонта фотосистемы II у зеленых водорослей

Фотосистема II (PSII) — единственная биологическая машина, способная расщеплять воду на кислород с помощью солнечного света. Однако PSII крайне уязвима к световому повреждению, особенно при высокой освещенности.

Ремонт PSII требует разборки и повторной сборки ее сложных компонентов, включая замену белка D1 в реакционном центре. Хотя ранние этапы ремонта были изучены, механизмы повторной сборки оставались неясными.

В исследовании, опубликованном в Nature Plants 27 июня, группа ученых под руководством профессора Лю Чжэньфэна из Института биофизики Китайской академии наук решила четыре высокоразрешающие крио-электронно-микроскопические (cryo-EM) структуры. Они раскрыли, как ключевой белок Thylakoid Enriched Fraction 30 (TEF30) облегчает ремонт и сборку PSII у модельной зеленой водоросли Chlamydomonas reinhardtii.

Методы и результаты:

  • Ученые выделили промежуточные ремонтные комплексы PSII, связанные с TEF30, с помощью аффинной очистки антителами и ультрацентрифугирования в градиенте сахарозы.
  • Методом single-particle cryo-EM были решены структуры четырех промежуточных комплексов PSII, содержащих TEF30: TEF30-C, TEF302-C2-I, TEF302-C2-II и TEF30-C2S.
  • Структурный анализ показал, что TEF30 связывается со стромальной стороной ядерного комплекса PSII (PSII-C), образуя множественные полярные взаимодействия с четырьмя его основными субъединицами: D1, D2, CP43 и PsbI.
  • Анализ биослойной интерферометрии (BLI) подтвердил высокое сродство связывания TEF30 с PSII-C.
  • Сравнение структур TEF302-C2-I, TEF302-C2-II, TEF30-C2S и зрелого суперкомплекса PSII (PSII-SC) впервые выявило несколько различных промежуточных форм димеров PSII-C.

На основе биохимических данных и cryo-EM структур ученые предложили рабочую модель, иллюстрирующую, как различные модули повторно собираются в процессе, опосредованном TEF30 на средних и поздних стадиях цикла ремонта PSII, что в итоге приводит к формированию зрелого суперкомплекса.

«Понимание ролей TEF30 в процессе ремонта PSII критически важно для углубления наших знаний о фундаментальных молекулярных событиях, происходящих в фотосинтезирующих организмах под постоянным световым стрессом», — сказал профессор Лю.

Эти структурные данные не только предоставляют атомарную основу для будущих исследований поддержания фотосистемы II, но также могут вдохновить на работы по повышению фотосинтетической эффективности сельскохозяйственных культур.