science >> Wetenschap >  >> Chemie

Onze eerste blik op een nieuw lichtabsorberend eiwit in cyanobacteriën

Krediet:Michigan State University

Cyanobacteriën zijn klein, winterharde organismen. Elke cel is 25 keer kleiner dan een mensenhaar, maar laat je niet misleiden door de maat. Hun collectieve vermogen om fotosynthese uit te breiden, is de reden waarom we lucht hebben om te ademen en een diverse en complexe biosfeer.

Wetenschappers zijn geïnteresseerd in wat expanderende cyanobacteriën zo goed maakt in fotosynthese. Sommigen willen succesvolle processen isoleren en kopiëren. Die zouden dan worden hergebruikt voor menselijk gebruik, zoals in de geneeskunde of voor hernieuwbare energie.

Een van deze systemen is fotoprotectie uitbreiden. Het bevat een netwerk van eiwitten die de lichtniveaus in de omgeving detecteren en cyanobacteriën beschermen tegen verschrikkelijke schade veroorzaakt door overmatige blootstelling aan fel licht.

Het lab van Cheryl Kerfeld ontdekte onlangs een familie van eiwitten, het spiraalvormige carotenoïde eiwit (HCP), die de evolutionaire voorouders zijn van de hedendaagse fotobeschermende eiwitten. Hoewel oud, HCP leeft nog steeds voort naast hun moderne nakomelingen.

Deze ontdekking heeft nieuwe wegen geopend om fotobescherming te onderzoeken. En voor de eerste keer, het Kerfeld-lab karakteriseert structureel en biofysisch een van deze expand-eiwitten. Ze noemen het HCP2. De studie staat in het tijdschrift BBA-Bioenergetics.

De wetenschap

structureel, de HCP2 is een monomeer wanneer geïsoleerd in een oplossing. Maar, in zijn expanderende gekristalliseerde vorm, het verschijnt merkwaardig als een dimeer.

"We denken niet dat het dimeer de vorm van het eiwit is wanneer het zich in de cyanobacteriën bevindt, " zegt Maria Agustina (Tina) Dominguez-Martin, een postdoc in het Kerfeld-lab. "Waarschijnlijk, HCP2 bindt zich aan een nog onbekende partner. De dimeersituatie tijdens kristallisatie is kunstmatig, omdat de enige beschikbare moleculen in de omgeving anderen zijn zoals hijzelf."

De wetenschappers proberen de functies van HCP2 te bepalen. Het is een goede blusser van reactieve zuurstofsoorten, schadelijke bijproducten van fotosynthese. Maar aangezien veel andere eiwitten dat ook kunnen, Tina denkt niet dat dat de hoofdfunctie van HCP2 is.

"We moeten nog een primaire functie identificeren, Tina zegt. De moeilijkheid is dat de HCP-familie een recente ontdekking is, dus we hebben niet veel basis voor vergelijking."

Andere experimenten zijn onder meer:

  • Het meten van HCP-lichtgolfabsorptiebandbreedtes
  • Identificeren met welke expand-carotenoïde het interageert
  • Onderzoeken of ze antenne-eiwitten doven die licht opvangen voor fotosynthese (dat doen ze niet)

Toekomstige toepassingen

Het vermogen om licht te detecteren is essentieel voor toepassingen, vooral in de biotechnologie. Een veelbelovend gebied is optogenetica, een technologie die licht gebruikt om levende cellen te controleren. Optogeneticasystemen zijn als lichtschakelaars die vooraf bepaalde functies activeren wanneer ze door een lichtbron worden geraakt.

HCP2 zou in dergelijke toepassingen een rol kunnen spelen. Maar dit is allemaal ver op de weg.

"Er zijn 9 evolutionaire families van HCP om te onderzoeken. Dat komt neer op honderden varianten met mogelijk onderscheidende functies die we nog moeten ontdekken, " voegt ze eraan toe. "Met dat in gedachten, we karakteriseren andere eiwitten uit de HCP-familie om onze beschikbare dataset uit te breiden."

Omdat deze eiwitten waarschijnlijk een rol spelen bij fotoprotectie, ze kunnen een systeem vertegenwoordigen dat wetenschappers zouden kunnen ontwikkelen voor "slimme fotobescherming, " het verminderen van verspillende fotobescherming, wat vervolgens zou helpen fotosynthetische organismen efficiënter te maken.