Международная группа биологов во главе с Университетом штата Индиана Дэвидом М. Кехое определила как фермент, так и молекулярный механизм, критически важный для контроля хамелеонного процесса, который позволяет одному из самых богатых океанов фитопланктона, когда-то известному как сине-зеленые водоросли, максимизировать легкую сборку для фотосинтеза.
Отвечая за то, что он составляет около 20 процентов от общего объема производства кислорода на планете, цианобактерии Synechococcus используют свою уникальную форму сложного отклика, называемого хроматической акклиматизацией, для точной настройки абсорбционных свойств своих комплексов фотосинтетических антенн на преобладающий светлый цвет. Исследователи идентифицировали и охарактеризовали фермент MpeZ, который играет ключевую роль в механизме, который позволяет двум различным водорастворимым белкам в Synechococcus – phycoerythrin I и II – изменять их пигментацию, чтобы максимизировать захват фотонов для фотосинтеза.
Ученые хотят понять, как цианобактерии оптимизируют свои фотосинтетические активности в разных условиях освещения, чтобы лучше понять, как деятельность человека влияет на способность фитопланктона производить кислород и поглощать углекислый газ парниковых газов, который они потребляют, чтобы расти. В науке и промышленности также используют пигмент-белковый комплекс фикоэритрин для флуоресцентной визуализации и в качестве флуоресцентных маркеров в биотехнологии и медицинских целях.
«Теперь у нас есть способность прикреплять новый хромофор, часть молекулы, ответственной за его цвет, к фикоэритрину, который обеспечивает новую комбинацию хромофора-белка, которая поглощает и флуоресцирует на длине волны, которая в настоящее время недоступна для коммерции», – сказал Кехо, профессор кафедры биологии Блумингтонского колледжа искусств и наук. «Наши результаты свидетельствуют о том, что этот новый хромопротеин более яркий и стабильный, чем большинство на современном рынке».
Kehoe также отметил, что IU начал процесс подачи патента на изобретение.
Команда обнаружила, что ген, кодирующий фермент MpeZ, активируется синим светом. После получения MpeZ затем связывается с антенными белками, содержащими пигменты, которые обычно захватывают зеленый свет и прикрепляют альтернативный хромофор, который позволяет антеннам захватывать синий свет. Специфический механизм, называемый хроматической акклиматизацией типа IV, включает замену трех молекул зеленого светопоглощающего хромофора на равное количество синего светопоглощающего хромофора. Это изменение цвета является обратимым и контролируется отношением синего к зеленому свету в окружающей среде.
«Эти« хроматические адаптеры »- настоящие хамелеоны, которые могут эффективно жить в зеленых прибрежных водах, а также в синих морских водах, изменяя их пигментацию», – сказал Кехо. «Ячейки Synechococcus, поддерживаемые синим светом, убирают преимущественно синий свет, а клетки, выращенные в зеленом свете, собирают более зеленый цвет».
«Филоэритринспецифическая билин-лиазоизомераза контролирует сине-зеленую хроматическую акклиматизацию в морском синекококке» была опубликована в Интернете в 12 ноября в раннем издании Трудов Национальной академии наук.