Исследователи раскрыли молекулярную сборку и эффективную утилизацию света крупнейшим комплексом фотосистемы эукариот

от

Кокколитофоры — это вид одноклеточных микроводорослей, которые превращают $CO_2$ в органические вещества и осаждают карбонат кальция, существенно влияя на оптику океана, экспорт углерода и долгосрочное хранение углерода. Они вносят значительный вклад в океанический фотосинтез, особенно в умеренных и открытых водах океана.

Понимание их фотосинтетических систем имеет значение для:

* искусственного фотосинтеза;
* биоинспирированных солнечных материалов;
* энергетических сетей;
* спектральной инженерии;
* других приложений.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Science 11 сентября, китайские учёные совершили прорыв в понимании эффективности использования света кокколитофорами.

Исследование под руководством профессора Ван Вэнда и профессора Тянь Лицзиня из Института ботаники Китайской академии наук вместе с коллегами позволило впервые получить трёхмерную структуру суперкомплекса фотосистемы I — фукоксантин — хлорофилл a/c-связывающего белка (PSI-FCPI) у кокколитофора Emiliania huxleyi.

Результаты исследования

Исследование показывает, как эта гигантская фотосинтетическая машина может увеличить свою площадь поглощения света в три-четыре раза, сохраняя при этом эффективность преобразования энергии более 95%.

Учёные описали структурные и пигментные особенности PSI-FCPI у E. huxleyi и показали, что это крупнейший комплекс фотосистемы I у эукариот, обнаруженный на сегодняшний день. PSI-FCPI состоит из 51 белковой субъединицы и 819 пигментов с молекулярной массой 1,66 МДа. Его способность улавливать свет в четыре-пять раз больше, чем у суперкомплекса PSI-LHC гороха.

Несмотря на свои размеры, система обеспечивает сверхбыструю передачу энергии в течение 96–120 пикосекунд, что обеспечивает квантовую эффективность более 95% в преобразовании света в электроны.

Уникальная организация антенных белков и пигментов обеспечивает высокую производительность системы. Тридцать восемь периферийных антенн Eh-FCPI окружают ядро PSI в восемь радиальных поясов, собранных из канонических субъединиц Lhcq и недавно идентифицированных субъединиц, подобных Lhcq. В результате получается «гигантская система сбора света», которая значительно увеличивает поглощающую способность.

Антенны FCPI обогащены хлорофиллом c и каротиноидами типа фукоксантина, что обеспечивает эффективное поглощение сине-зелёного (460–490 нм) и зелёного (490–540 нм) света в океанской воде. Более того, сильная экситонная связь между хлорофиллом c и хлорофиллом a устраняет энергетические ловушки и создаёт плавную и эффективную сеть передачи энергии, обеспечивая быструю и стабильную доставку энергии возбуждения в реакционный центр PSI.

Кокколитофоры играют важную роль в глобальном углеродном цикле. Они процветали в меловой период, оставив массивные «меловые» отложения в осадочных породах из-за своих пластин карбоната кальция. Огромный комплекс PSI-FCPI представляет собой предельное расширение светособирающих структур в эволюционном контексте вторичного эндосимбиоза красной линии.

Это исследование не только проливает свет на адаптивную эволюцию этой древней линии, но и углубляет наше понимание фотосинтетических стратегий морских организмов.

Источник: Chinese Academy of Sciences.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте