Высокоупорядоченные полукристаллические сети комплексов фотосистемы 2 в фотосинтетических мембранах

Белковые комплексы фотосистемы 2 (ФС-2) в фотосинтетических мембранах способны изменять надмолекулярную организацию от неупорядоченного до полукристаллического состояния. Статья об этом (Functionalimplicationsofphotosystem II crystalformationinphotosyntheticmembranes) опубликована в журнале TheJournalofBiologicalChemistry группой авторов под руководством известного ученого ХельмутаКирхофа (HelmutKirchhoff) из Института Биологической Химии государственного Университета штата Вашингтон (InstituteofBiologicalChemistry, WashingtonStateUniversity, USA).

Структурная организация белков в биологических мембранах может влиять на их функционирование. Наиболее наглядно такое влияние проявляется в фотосинтетических тилакоидных мембранах растения. В этих органеллах структурное кооперирование белковых ансамблей определяет эффективность преобразования энергии солнечного излучения в химическую энергию запасенных веществ. Именно этот процесс обеспечивает существование жизни на Земле.

Фотосинтетические мембраны тилакоидов в хлоропластах способныизменять надмолекулярную организацию от беспорядка до полукристаллического состояния. Удивительной особенностью надмолекулярных объединений в фотосинтетических тилакоидных мембранах является то, что часть суперкомплексов может формировать высокоупорядоченные полукристаллические сети.Полукристаллические сети имеют высокую физиологическую значимостьеще и потому, что их количество контролируется разными абиотическими факторами, включая температуру, свет или осмотический потенциал.Однакофункциональная значимость для фотосинтеза такой белковой реорганизации оставалась неизвестной.

Авторы создали мутантные по генуфермента десатуразы жирных кислот (fad5)растения Arabidopsisthaliana, которые формирует полукристаллические сети,и провелисистематическиеисследования последствийобразованиябелковых кристаллов нафункциональные характеристики фотосинтетических мембран. Установлено, что белковые сети возникают только в плотно упакованных, так называемых,гранальных участках тилакоидов и что они состоят из димеровсуперкомплекса, включающего ФС-2 и сопряженного с нейсветособирающего комплекса LHC-2.

Оказалось, что изменения в упорядоченном состоянии облегчают молекулярную диффузию фотосинтетических компонент в плотно упакованныхтилакоидных мембранах. Увеличенная подвижность небольших липофильных молекул,таких, какпластохиноны и ксантофиллы, имеет существенное значение как для диффузно-зависимого транспортаэлектронов, так и в случае энергозависимого тушенияизбытка поглощенной энергии. С другой стороны, подвижность больших суперкомплексов, таких, как комплексы фотосистемы 2, уменьшается. Это приводит к замедлению восстановления поврежденных белков.

В конечном счете, оказалось, что исходная гипотеза должна быть скорректирована таким образом, что формирование полукристаллического массива в растительных фотосинтетических мембранах по-разному влияет на подвижность ее компонент в зависимости от размера и локализации частиц.

Подробности : The Journal of Biological Chemistry 2015, 290, 14091-14106.