Фотосистема II (PSII) — единственная биологическая машина, способная расщеплять воду на кислород под воздействием солнечного света. Она играет фундаментальную роль в глобальном производстве кислорода и преобразовании солнечной энергии. Однако PSII очень чувствительна к повреждениям, вызванным светом, особенно в условиях высокой освещённости.
Восстановление PSII требует разборки и сборки её сложных компонентов, а также замены белка D1 в реакционном центре. Хотя предыдущие исследования осветили ранние этапы восстановления PSII, механизмы, управляющие её сборкой, оставались в значительной степени неясными до недавнего времени.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Plants 27 июня, группа учёных под руководством профессора Лю Чжэньфэна из Института биофизики Китайской академии наук решила четыре структуры с высоким разрешением с помощью криоэлектронной микроскопии (cryo-EM), которые показывают, как критический белок Thylakoid Enriched Fraction 30 (TEF30) способствует восстановлению и сборке PSII у модельного вида зелёных водорослей Chlamydomonas reinhardtii.
Эти результаты дают беспрецедентное представление о стадиях восстановления PSII, начиная с середины и до поздних этапов, что является жизненно важным процессом для поддержания оксигенного фотосинтеза у водорослей и растений.
Учёные использовали следующие методы:
* иммуноаффинную очистку;
* ультрацентрифугирование в градиенте плотности сахарозы для выделения промежуточных комплексов PSII, связанных с TEF30;
* крио-ЭМ для получения структур с почти атомным разрешением четырёх промежуточных комплексов PSII, содержащих TEF30.
Структурный анализ показал, что TEF30 связывается со стромальной стороной основного комплекса PSII (PSII-C), образуя множественные полярные взаимодействия с четырьмя основными субъединицами PSII: D1, D2, CP43 и PsbI.
С помощью биослойной интерферометрии (BLI) было продемонстрировано высокое сродство связывания между TEF30 и PSII-C.
Сопоставляя структуры TEF302-C2-I, TEF302-C2-II, TEF30-C_2S и зрелого суперкомплекса PSII (PSII-SC), исследователи впервые определили несколько различных промежуточных форм димеров PSII-C.
На основе биохимических данных и структур крио-ЭМ исследователи предложили рабочую модель, иллюстрирующую, как различные модули собираются с помощью процесса, опосредованного TEF30, на средних и поздних стадиях цикла восстановления PSII, что в конечном итоге приводит к формированию зрелого суперкомплекса PSII.
«Понимание роли TEF30 в процессе восстановления PSII имеет решающее значение для продвижения наших знаний об основных молекулярных событиях, происходящих в фотосинтезирующих организмах при постоянном световом стрессе», — сказал профессор Лю.
«Эти структурные данные не только предоставляют почти атомную основу для будущих исследований по поддержанию фотосистемы II, но и могут вдохновить на усилия по повышению эффективности фотосинтеза сельскохозяйственных культур».
Предоставлено:
[Китайская академия наук](https://phys.org/partners/chinese-academy-of-sciences/)