Специалисты из Федерального исследовательского центра биотехнологии РАН в сотрудничестве с учеными из различных научных учреждений России и Китая определили трехмерную структуру комплекса LH2, выступающего в роли светособирающей антенны у пурпурных серных бактерий Ectothiorhodospira haloalkaliphila с нарушенным биосинтезом окрашенных каротиноидов. Изучение таких молекулярных машин помимо фундаментальной значимости может стать основой для разработки искусственных систем сбора солнечной энергии. Исследование опубликовано в журнале FEBS Letters.
Пурпурные бактерии, являющиеся фотосинтезирующими организмами, используют энергию света для создания органических соединений. У них молекулярный мембранный комплекс, отвечающий за захват и передачу энергии, имеет более простую структуру по сравнению с растениями, что делает их полезной моделью для изучения устройства и принципов работы фотосинтезирующего аппарата.
Совместная работа ученых из ФИЦ Биотехнологии РАН, Института фундаментальных биологических проблем РАН, Курчатовского института и Шэньчжэньского института передовых технологий (SIAT) позволила определить структуру антенного комплекса LH2, выделенного из пурпурной бактерии, у которой был искусственно подавлен синтез пигментов – каротиноидов.
«Каротиноиды выполняют ключевую функцию в функционировании бактериальных антенных комплексов, поддерживая их структурную организацию, поглощая энергию в заданном диапазоне длин волн и обеспечивая фотозащиту. В ходе исследования мы использовали уникальную бактерию Ectothiorhodospira haloalkaliphila, у которой можно практически полностью подавить синтез окрашенных каротиноидов, при этом ее антенные комплексы остаются неповрежденными. Комплексы LH2, полученные в таких условиях, демонстрировали иные спектральные свойства, что делало изучение их трехмерной структуры актуальной научной задачей», — рассказал соавтор работы Александр Ашихмин, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник и руководитель лаборатории молекулярной организации фотосинтетического аппарата Института фундаментальных проблем биологии РАН.
«Окрашенные каротиноиды присутствуют во всех известных структурах антенных комплексов пурпурных бактерий. Комплексы, не содержащие таких каротиноидов, пока не были идентифицированы. Ранее мы получили структуру LH2-комплекса из бактерии Ectothiorhodospira haloalkaliphila при обычных условиях культивирования. В рамках нового исследования мы использовали ту же методику для изучения организации комплекса, выделенного из бактерии с нарушенным синтезом окрашенных каротиноидов» , — прокомментировала соавтор работы Анна Бурцева, младший научный сотрудник лаборатории инженерной энзимологии Федерального исследовательского центра биотехнологии Российской академии наук.
В ходе нового исследования ученые изучили комплекс, полученный из штамма бактерии Ectothiorhodospira haloalkaliphila с нарушенным синтезом каротиноидов. К удивлению ученых, в структуре антенны обнаружилась электронная плотность, которая указывала на то, что каротиноид там все же есть. Дальнейший анализ показал, что в таких комплексах находится бесцветный каротиноид — предшественник окрашенного варианта. Полученный результат подтверждает, что эти пигменты, по-видимому, являются неотъемлемым элементом комплекса LH2, необходимым для выживания бактерии.
«Для нас стало приятным сюрпризом, когда редактор предложил разместить схему нашего LH2-комплекса на обложке следующего номера журнала FEBS Letters», — отметил соавтор научной статьи Константин Бойко, ведущий ученый лаборатории Инженерной энзимологии Федерального исследовательского центра Биотехнологии Российской академии наук.