Регистрация пройдена успешно!
Пожалуйста, перейдите по ссылке из письма, отправленного на

Биологи из МГУ "взломали" систему фотосинтеза у фитопланктона

© Fotolia / ET1972Чашка Петри с бактериямиЧашка Петри с бактериями

МОСКВА, 5 окт – РИА Новости. Молекулярные биологи из России и Германии узнали, как цианобактерии защищаются от излишне яркого света, и научились обходить эту "систему безопасности", повысив скорость работы фотосинтеза и набора биомассы. Их выводы и возможные варианты применения "взломанных" белков были представлены в журнале Nature Communications.

Листья супер-табака, растущего на 20% быстрее обычного
Генетики создали ГМО-табак, растущий с рекордной скоростьюУченые из США смогли заставить табак расти на 20% быстрее нормы благодаря небольшим оптимизациям в генах фотосинтеза, которые заставили растение быстрее выходить из "безопасного режима".
"Белок ОСР и его "кузены" являются уникальными модульными конструкциями, способными выполнять различные функции в клетке – от переноса гидрофобных молекул аниоксидантов и до превращения энергии квантов света в тепло. К примеру, мы уже выяснили, как можно определять температуру на уровне микро- и наноразмерных объектов при помощи этого белка", — рассказывает Евгений Максимов, биофизик из МГУ, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Зеленая революция

За миллионы лет эволюции растения и цианобактерии научились захватывать фотоны солнечного света и использовать их энергию для сборки молекул питательных веществ. С одной стороны, этот процесс очень эффективен с точки зрения химии, а с другой — растения используют лишь 1-2% от общей энергии излучения Солнца. Учитывая нарастающий продовольственный кризис и нужду в "зеленых" источниках топлива, ученые в последние годы неоднократно пытались "улучшить" КПД растений.

Одним из главных ограничителей в эффективности фотосинтеза являются сами растения или микробы – когда они считают, что свет Солнца является чрезмерно ярким, их листья и клетки начинают рассеивать свет, превращая его в тепло, тем самым защищая себя от ожогов и чрезмерно сильного испарения воды. 

Прототип расщепителя воды с рекордно высоким КПДСхема устройства
Ученые: искусственный фотосинтез скоро заменит нефть и газНовый рекорд эффективности искусственного фотосинтеза – 14% - вплотную приближает человечество к замене топлива на основе нефти и газа на водород, вырабатываемый при помощи фоторасщепителей воды.

Когда жара спадает, они возвращаются в нормальное состояние далеко не сразу, что заметно понижает эффективность фотосинтеза. В целом, как показывают расчеты ученых, этот "безопасный режим" снижает максимальную эффективность растений, растущих в средней полосе США или России, на 25-30%.

Как отмечает Максимов, ученые достаточно давно пытаются "взломать" эту систему защиты от перегрева и поменять ее работу таким образом, чтобы растение одновременно не убивало себя, и чтобы его урожайность стала намного более высокой. Некоторые успехи уже были достигнуты в этом направлении – год назад генетики из США создали ГМО-табак, растущий на четверть быстрее обычного. 

Так художник представил себе то, как хлорофилл преобразует энергию света в свободные электроны
Физики раскрыли один из квантовых секретов фотосинтеза

Российские генетики и их коллеги из Германии попытались осуществить аналогичные изменения в клетках цианобактерий, набирающих биомассу значительно быстрее, чем растения, и считающихся сегодня одними из главных кандидатов на роль "колонизаторов" Марса и источников пищи и кислорода для путешествий в дальний космос.

Белковый тормоз и газ

Клетки этих микробов содержат в себе два белка, управляющих скоростью фотосинтеза – OCP и FRP. Первый играет роль "тормоза" – он поглощает частицы света и меняет свою структуру, мешая молекулам хлорофилла и другим компонентам фотосинтезирующих систем взаимодействовать со светом. Когда уровень освещения падает, молекулы OCP постепенно возвращаются в исходное состояние и скорость фотосинтеза начинает расти.

В свою очередь, FRP играет роль своеобразной газовой педали – он взаимодействует с молекулами OCP и ускоряет их переход в исходное состояние. Как это происходит и что именно меняет FRP, ученые не знали до настоящего времени.

Максимов и его коллеги проследили за взаимодействиями "активированной" формы OCP и различных версий FRP, выделенных из клеток нескольких видов цианобактерий, нагревая их до высоких или низких температур и подсвечивая их большими или малыми порциями света. 

Квантовая физика может быть одним из основных ноу-хау растений
Физики нашли кота Шредингера внутри листьев растений

Выяснив, как именно соединяются эти белки, ученые создали несколько мутантных версий FRP, "запретив" его молекулам распадаться на половины, не способные нормально прикрепляться и взаимодействовать с OCP. Подобные версии FRP, по словам Максимова и его коллег, значительно ускорили работу фотосинтетических систем микроба и заставили их быстрее расти.

Дальнейшая оптимизация структуры FRP не только повысит скорость набора биомассы, но и позволит использовать фотосинтезирующих микробов и их белки для множества других целей, в том числе наблюдений за различными процессами внутри клеток человека и других млекопитающих.

Оценить 13
Лучшие комментарии
oleg lukjanets5 октября, 11:34
Госдеп уже выразил свою озабоченность?
Рекомендуем
РИА
Новости
Лента
новостей
Сначала новыеСначала старые
loader
Онлайн
Заголовок открываемого материала
Чтобы участвовать в дискуссии
авторизуйтесь или зарегистрируйтесь
loader
Чаты
Заголовок открываемого материала