Naukowcy poczynili znaczne postępy w zrozumieniu bakterii fotosynteza przechwytując obrazy o wysokiej rozdzielczości białek fotosyntetycznych w fioletowych bakteriach.
Odkrycia te mogą utorować drogę do opracowania zaawansowanych sztucznych systemów fotosyntezy, usprawnienia produkcji czystej energii i pogłębienia naszej wiedzy na temat ewolucji życia na Ziemi.
Przełom w badaniach nad fotosyntezą bakteryjną
Naukowcy z Uniwersytetu w Liverpoolu wraz ze swoimi współpracownikami pogłębili naszą wiedzę na temat fotosyntezy bakteryjnej.
Wykorzystując zaawansowane techniki, zespół ujawnił bardzo szczegółowe obrazy kluczowych kompleksów białek fotosyntetycznych u bakterii purpurowych. Obrazy te dostarczają nowych informacji na temat sposobu, w jaki te mikroorganizmy wykorzystują energię słoneczną.
Opublikowane 9 października badanie nie tylko poszerza naszą wiedzę na temat fotosyntezy bakteryjnej, ale także oferuje potencjalne zastosowania w opracowywaniu sztucznych systemów fotosyntetycznych do produkcji czystej energii.
Fotosynteza bakteryjna: niezbędna dla ekosystemów
Podobnie jak rośliny, wiele bakterii rozwinęło niezwykłą zdolność przekształcania światła w energię w procesie zwanym fotosyntezą bakteryjną. Ta ważna reakcja biologiczna umożliwia mikroorganizmom odgrywanie kluczowej roli w globalnych cyklach składników odżywczych i przepływie energii w ekosystemach oraz tworzenie podstawy wodnych łańcuchów pokarmowych. Badanie starożytnej fotosyntezy bakteryjnej pomaga również zrozumieć ewolucję życia na Ziemi.
W najnowszej pracy przedstawiono struktury wysokiej rozdzielczości kompleksów centrum reakcji fotosyntezy i zbierania światła (RC-LH1) z Rhodobacter blasticusorganizm modelowy do zrozumienia fotosyntezy bakteryjnej.
Innowacje w rozumieniu fotosyntezy
Zespół badawczy złożony z współpracowników z Uniwersytetu w Liverpoolu, Chińskiego Uniwersytetu Oceanicznego, Uniwersytetu Rolniczego w Huazhong i Thermo Fisher Scientific wykonał szczegółowe obrazy zarówno monomerycznych, jak i dimerycznych form superkompleksów białek błonowych RC-LH1. Struktury te ujawniają unikalne cechy, które wyróżniają R. blasticus od swoich bliskich krewnych, co podkreśla niezwykłą zmienność w systemach fotosyntezy wśród bakterii purpurowych.
Profesor Luning Liu, kierownik katedry bioenergetyki i bioinżynierii mikrobiologicznej na Uniwersytecie w Liverpoolu, powiedział: „Odkrywając te naturalne mechanizmy fotosyntezy, otwieramy nowe możliwości projektowania bardziej wydajnych systemów lub komórek gromadzenia światła i przekazywania energii. Badanie to stanowi znaczący krok naprzód w zrozumieniu, w jaki sposób bakterie optymalizują swój mechanizm fotosyntezy, dostarczając cennych spostrzeżeń, które mogą pomóc w przyszłych innowacjach w zakresie czystej energii”.
Ujawniono różnorodność strukturalną w fotosyntezie
Unikalna cecha dimeru RC-LH1 R. blasticus jest jego bardziej płaska budowa w porównaniu do odpowiedników z innych modeli gatunek. Struktura ta stanowi podstawę dla określonej krzywizny błony i efektywności przenoszenia energii u bakterii.
W przeciwieństwie do niektórych pokrewnych bakterii, R. blasticus brakuje mu składnika białkowego zwanego PufY w strukturze RC-LH1. Badanie ujawniło, że jego brak kompensuje dodatkowe podjednostki zbierające światło, które tworzą bardziej zamkniętą strukturę LH1. Stwierdzono, że ma to wpływ na szybkość transportu elektronów w strukturze RC-LH1.
To systematyczne badanie, łączące biologię strukturalną, w krzemie symulacje i badania spektroskopowe dostarczają nowych informacji na temat sposobu, w jaki bakteryjne kompleksy fotosyntetyczne gromadzą się i pośredniczą w przenoszeniu elektronów, procesach kluczowych dla produkcji energii.
Główny badacz, profesor Luning Liu, dodał: „Nasze odkrycia wskazują na strukturalną różnorodność kompleksów fotosyntetycznych nawet wśród blisko spokrewnionych gatunków bakterii. Ta zmienność prawdopodobnie odzwierciedla różne ewolucyjne adaptacje do określonych warunków środowiskowych. Jesteśmy podekscytowani, że możemy wnieść tak szczegółowe informacje molekularne do badania mechanizmów fotosyntezy i ewolucji”.
Odniesienie: „Architektury fotosyntetycznych superkompleksów RC-LH1 z Rhodobacter blasticus”: Peng Wang, Bern M. Christianson, Deniz Ugurlar, Ruichao Mao, Yi Zhang, Ze-Kun Liu, Ying-Yue Zhang, Adrian M. Gardner, Jun Gao, Yu-Zhong Zhang i Lu-Ning Liu, 9 października 2024 r. , Postęp nauki.
DOI: 10.1126/sciadv.adp6678
