24.07.2013

Фоторецепторы цианобактерий управляют друг другом

Фоточувствительные белки сине-зелёных водорослей объединены в сложную молекулярную систему, в которой каждый белок не просто чувствует свою световую волну, но и сообщает об этом другим молекулам.

Цианобактерии (сине-зелёные водоросли) когда-то первыми научились фотосинтезу, и сейчас они обеспечивают 40% кислорода земной атмосферы. И то и другое ещё удивительнее, если учесть, что цианобактерии живут в воде, а вода умеет хорошо поглощать свет. Так, область далёкого красного света поглощается почти полностью, красный свет — чуть хуже, зелёный свет вода «впитывает» умеренно и почти целиком пропускает синий. То есть тем, кто захочет пофотосинтезировать в воде, придётся учитывать её сложные взаимоотношения со световыми волнами разной длины.

Чтобы оценивать пропорцию разных длин волн в освещении на разных глубинах, сине-зелёные водоросли в ходе эволюции завели себе фоторецепторы. Таковыми для них служат цианобактериохромы. Разные виды этих белков чувствительны к разным длинам волн, и каждая цианобактерия содержит от 12 до 15 различных фоторецепторов.

Как выяснили исследователи из Индианского университета (США), эти белки находятся в сложном и интенсивном взаимодействии друг с другом.

Адам Басселл и Дэвид Кехо обнаружили у цианобактерий ещё один фоторецептор, который был назван IflA (influenced by far-red light). У этого белка, как пишут исследователи в журнале PNAS, есть два фоточувствительных домена, которые «ловят» четыре вида света — зелёный, синий, красный и дальний красный. Чувствительность фоторецептора к той или иной длине волны зависит от пространственной конформации соответствующего белкового домена. Но, как оказалось, соседние белковые домены чувствуют, что происходит с другими: если фоторецептор чувствовал красный или дальний красный свет, то реагировали не только «красные» домены, но и те, что отвечают за другие длины волн.

Причём так взаимодействовали не только домены внутри одного белка, но и разные белковые молекулы: например, исследователи описывают, что при красном освещении другой белок, цианобактериохром RcaE, чувствительный к красному и синему свету, подавлял работу IflA, но только в той его части, которая тоже отвечала за красный свет. Если же пропорция между зелёным и красным смещалась в пользу первого, то тот же RcaE, наоборот, стимулировал IflA.

То есть фоторецепторы цианобактерий следят друг за другом и в совокупности образуют динамическую сеть, в которой каждый белок не только реагирует на свою длину волны, но и сообщает об этом другим светочувствительным белкам.

В воде сине-зелёным водорослям всё время приходится оценивать долю той или иной световой волны, чтобы поддерживать эффективность фотосинтеза, и можно было ожидать, что для анализа светового излучения у цианобактерий есть какие-то хитроумные приспособления. Но всё же сложность системы сообщающихся молекулярных белков-фоторецепторов даже для учёных стала некоторым сюрпризом.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. compulenta.computerra.ru