Учёные расшифровали структуру природного «светового выключателя»
Учёные из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) и их коллеги из Университета Висконсина в Мэдисоне расшифровали структуру молекулярного «выключателя», похожего на тот, который растения используют для восприятия света. Результаты, опубликованные онлайн в Proceedings of the National Academy of Sciences на неделе 31 мая 2010 года, помогают объяснить, как работает этот выключатель, и могут быть использованы для разработки новых способов управления ростом растений.
- Молекула-переключатель: Светочувствительная структура называется фитохромом. Она существует в двух стабильных состояниях, каждое из которых чувствительно к разной длине волны света — от красного до «дальнего красного» (близкого к невидимому инфракрасному свету).
- Принцип работы: Поглощая фотоны одной или другой длины волны, фитохром меняет форму и посылает сигналы, которые помогают растениям определять время цветения, выработки хлорофилла и роста.
- Новый метод: Поскольку молекула фитохрома слишком динамична для изучения методами вроде рентгеновской кристаллографии, учёные использовали комбинацию электронной микроскопии (с окрашиванием тяжёлыми металлами и крио-метод) и вычислительных техник. Это позволило впервые получить детальную структуру целого фитохрома.
- Объект исследования: Изучался фитохром из обычной бактерии, биохимически и функционально схожий с растительными, но более простой для выделения.
- Ключевое открытие: Структура показала, что фитохром состоит из двух «сестринских» единиц (димер), контакт между которыми представляет собой неожиданно длинную скрученную область. Концы молекул остаются гибкими. Поглощение света, вероятно, меняет силу или ориентацию этого контакта, передавая сигнал вдоль молекулярного интерфейса.
- Подтверждение: Предложенные структурные изменения во время фото-конверсии были подтверждены методами мутагенеза и биохимического анализа.
- Следующий шаг: Учёные изучили только форму фитохрома, чувствительную к красному свету. Далее они планируют определить, как структура меняется после поглощения красного света для перехода в состояние, чувствительное к «дальнему красному» свету. Сравнение двух структур позволит проверить модель изменения формы молекулы в ответ на свет.