_ Complex modificat de recoltare a luminii în o cianobacterie permite utilizarea luminii cu energie scăzută

Cercetătorii au izolat și au determinat structura moleculară a antenei de captare a luminii care ajută unele cianobacterii – denumite anterior alge albastru-verzi – să producă energie prin fotosinteză chiar și în zonele inferioare. -lumină energetică.

Structura a fost singura componentă a aparatului care permite fotosinteza folosită atunci când cianobacteriile se aclimatizează la utilizarea luminii roșii îndepărtate, care se află chiar în afara spectrului vizibil, necartografiată încă de cercetători.

În cele din urmă, înțelegerea structurilor acestor componente aclimatizate la energia de fotosinteză dintr-o lumină atât de scăzută ar putea informa eforturile de a crea plante de cultură tolerante la umbră, potrivit cercetătorilor.

„În agricultura modernă. , culturi precum porumbul și soia sunt plantate în matrice de înaltă densitate care împiedică accesul direct la lumina soarelui de către toate, cu excepția celor mai de sus frunze ale copacului”, a spus Donald A. Bryant, profesor al Academiei, Ernest C. Pollard profesor emerit de biotehnologie, și profesor emerit de biochimie și biologie moleculară la Eberly College of Science din Penn State și lider al echipei de cercetare. „Extinderea spectrului solar utilizabil pentru astfel de culturi ar avea multe beneficii directe asupra productivității culturilor.”

O lucrare care descrie structura, care a fost aleasă ca „alegerea editorului” de jurnal, apare în Journal of Chimie biologică. Rezultatele, realizate de o echipă condusă de un biochimist din Penn State, reprezintă punctul culminant al aproape un deceniu de cercetări care au determinat acum structura tuturor celor trei componente majore ale fotosintezei într-o cianobacterie aclimatată la lumină roșie îndepărtată.

Aceste componente cuprind aparatul fotosintetic, mașini moleculare complexe care se pot adapta pentru a produce energie chiar și atunci când este disponibilă doar lumină cu energie mai mică.

„Ca și plantele, cianobacteriile folosesc fotosinteza pentru a produce energie și pot crește în o mare varietate de medii, inclusiv unele care sunt inospitaliere pentru majoritatea celorlalte forme de viață”, a spus Bryant.

„Ele cresc adesea în colonii mari sau covorașe laminate unde doar stratul superior de celule este expus direct lumina soarelui. Celulele de dedesubt primesc doar lumină care a fost deja filtrată de celulele de deasupra lor, dar reușesc totuși să producă energie prin fotosinteză pentru a supraviețui. Am fost interesați să înțelegem schimbările care au loc în aparatul lor fotosintetic care le permit să facă acest lucru ."

Majoritatea organismelor fotosintetice folosesc lumina vizibilă, care se întinde de la roșu la violet ca într-un curcubeu. Lungimile de undă ale luminii vizibile variază de la aproximativ 700 nanometri (nm) la roșu cu energie scăzută, până la aproximativ 400 nm la capătul violet cu energie mai mare.

Lungimile de undă chiar peste 700 sunt denumite departe- lumină roșie, înainte de a intra în infraroșu la aproximativ 780 nm. Organismele fotosintetice colectează această lumină folosind pigmenți, cum ar fi clorofila, care sunt optimizați pentru a aduna lumina în intervalul vizibil. Într-un strat gros de cianobacterii, celulele de lângă suprafață filtrează lumina vizibilă, lăsând doar resturi pentru celulele de dedesubt.

„Când creștem cianobacteriile în laborator sub lumină roșie îndepărtată, mimând condițiile. dintre celulele de pe fundul unui covor microbian, un set alternativ de gene este activat, care codifică componentele cheie ale aparatului fotosintetic", a spus Bryant.

"Am lucrat pentru a arăta exact unde acestea sunt acestea. componente alternative, precum și forme alternative de clorofilă, sunt încorporate în aparatul fotosintetic și modul în care acest lucru permite cianobacteriilor să folosească lumină roșie îndepărtată.”

În lucrările anterioare, echipa de cercetare a descris structura a două dintre cele trei componente fotosintetice majore, fotosistemul I și fotosistemul II, în cianobacteriile aclimatizate la lumină roșie îndepărtată.

„Această lucrare descrie a treia – și ultima – componentă a aparatului fotosintetic care este produsă într-o cianobacterie atunci când este crescută în lumină roșie îndepărtată”, a spus Bryant, explicând că au folosit criogenul de înaltă rezoluție. -microscopie electronică pentru a determina componenta finală, numită complex de antenă sau ficobilizom.

„Deci, acum avem structuri pentru întregul shebang. Sunt genul de tip căruia îi place să vadă ultimul pătrat umplut. când fac un puzzle de cuvinte încrucișate, deci această lucrare marchează o piatră de hotar.”

Cu cele trei structuri finalizate, cercetătorii știu acum exact ce părți ale aparatului fotosintetic sunt modificate și unde formele alternative de clorofilă sunt adaptate pentru a absorbi sunt încorporate lumină roșie îndepărtată.

Ele încep să pună laolaltă modul în care cele trei componente interacționează pentru a permite cianobacteriilor să efectueze fotosinteza folosind lumina roșie îndepărtată.

(Fluierul)