Для фотосинтеза в клетках растений, водорослей и цианобактерий существуют огромные белковые комплексы, среди которых есть антенны-фотоуловители, реакционные центры, переносчики электронов и пр. И если говорить, например, о сине-зелёных водорослях (которые, как считается, дали нашей планете кислород), то у них вся эта куча белков объединена в три модуля, называющиеся фикобилисомой, фотосистемой II и фотосистемой I.

Фотосинтетический мегакомплекс цианобактерий; над плоскостью мембраны выступают фотоуловительные антенны фикобилисомы, а под ней располагаются комплексы фотосистем I и II. (Иллюстрация Haijun Liu / Washington University in St. Louis.)Понятно, что эти комплексы должны располагаться рядом друг с другом и особым образом контактировать — чтобы перенос энергии проходил быстро и эффективно, иначе никакой выгоды от всей фотосинтетической машины не будет. Однако до сих пор исследователи могли изучать только разъединённые компоненты фотосинтетического аппарата. Хотя и предполагалось, что они должны быть соединены, этого никак не удавалось увидеть экспериментально, и даже уверенности в том, что такой мегакомплекс существует, не было.

И вот стараниями Роберта Бланкеншипа (Robert Blankenship) и его коллег из Вашингтонского университета в Сент-Луисе (США) такой комплекс всё-таки удалось увидеть.

Исследователи экспериментировали с сине-зелёными водорослями. Им удалось вытащить из клеток цианобактерий фикобилисомы (которые служат антенной для фотонов) вместе с обеими фотосистемами. Для этого белки, входящие в состав фотосинтетической машины, особым образом метили, чтобы потом, обработав живую клетку специальным реагентом, заставить белки прочно связаться друг с другом. Достаточно прочно для того, чтобы их можно было вытащить из клетки и изучить другими методами.

Масс-спектрометрический анализ подтвердил, что мегакомплекс действительно объединяет все три модуля. Заодно выяснилось, какие именно белки обеспечивают единство комплекса и как именно они это делают. (Учитывая размер этой фотосинтетической мегамашины, можно представить, какую массу данных пришлось проанализировать после разрушения белков на пептиды.)

Одновременно удалось экспериментально увидеть, как происходит перенос энергии внутри мегакомплекса. Перенос порции энергии и впрямь осуществлялся в комплексе сверхбыстро — за одну пикосекунду. Однако для эффективного переноса электронов одного лишь мегакомплекса мало: тут требовались мобильные посредники вроде белка цитохрома и других, которые плавали бы рядом. Всё вместе можно представить в виде огромной молекулярной горы, через которую идёт поток энергии, а вокруг снуют молекулы-посредники, облегчающие передачу электронов.

Даже если не слишком представлять себе детали этой работы, всё равно легко понять как её фундаментальное значение (а это крупный прорыв в изучении фотосинтеза), так и прикладное (основа для будущих разработок искусственных фотосинтетических агрегатов). Кроме того, методы, которыми пользовались исследователи, можно применить и к другим надмолекулярным комплексам, строение и функционирование которых нам ещё предстоит изучать и изучать.

Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА