Białkowa roleta chroni przed światłem

Badacze z Lawrence Berkeley National Laboratory, laboratorium należącego do Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, odkryli białko działające niczym przeciwsłoneczna roleta chroniąca liście roślin przed uszkodzeniem przez nadmierne naświetlenie przez słońce. Odkrycie to może pewnego dnia pozwolić na produkcję doskonalszych ogniw słonecznych, naśladujących funkcjonowanie żywego liścia.

Kluczowe dla badań białko nazywa się CP29. Zabezpiecza ono rośliny przed nadmiarem docierającego do tkanki promieniowania, przepuszczając wyłącznie określoną maksymalną dawkę światła. Przypuszcza się, że za regulacją aktywności tego filtra stoją zmiany pH wewnątrz komórki.

Fotosynteza, efekt niezliczonych lat ewolucji, jest procesem o fenomenalnej wręcz wydajności. Szacuje się, że rośliny są w stanie zamienić w energię chemiczną aż do 97% energii pochodzącej z światła słonecznego. Stanowi to jednak pewne zagrożenie, gdyż przy intensywnym naświetlaniu powierzchni liścia pojawia się groźba uszkodzenia tworzącej go tkanki. Rośliny znalazły jednak sposób na ochronę przed tym zjawiskiem: wykrywają zmiany pH charakterystyczne dla zmiany ilości padającego na nie światła i po przekroczeniu pewnego limitu uruchamiają mechanizm, którego zadaniem jest rozproszenie nadmiaru energii w nieszkodliwy dla rośliny sposób.

Trzy lata temu badacze z Lawrence Berkeley National Laboratory, pracujący pod przewodnictwem prof. Grahama Fleminga, odkryli zeaksantynę - barwnik z grupy karotenoidów, który chroni komórki przed nadmiarem padającego światła. Cząsteczka tego związku przyjmuje na siebie część docierającej do liścia energii i zużywa ją na wyrzucenie ze swojej struktury pojedynczego elektronu. Pozwala to na zamianę energii promieniowania w energię ruchu wspomnianego elektronu. Do tej pory nie było jednak wiadomo, jaki czynnik reguluje ilość produkowanej zeoksantyny oraz jej interakcje z chlorofilem, najważniejszym związkiem odpowiedzialnym za proces fotosyntezy.

Aby rozwiązać tę zagadkę, zespół prof. Fleminga zastosował techniki spektrofotometryczne, tzn. badanie reakcji poszczególnych cząsteczek na światło. Odkryto w ten sposób, że trzy białka, nazwane CP29, CP26 i CP24, są zdolne do przeprowadzenia reakcji usunięcia elektronu ze struktury zeoksantyny.

Dalsze badania objęły wyłącznie analizę funkcjonalną proteiny CP29 jako tej, która jest najlepiej znana pod względem struktury cząsteczki oraz czynników genetycznych wpływających na jej syntezę. Naukowcom udało się ustalić, że powstające pod wpływem intensywnego naświetlania zmiany w pH wywołują zmianę rozkładu atomów wewnątrz molekuł białka, umożliwiając mu przeprowadzenie reakcji oderwania elektronu od zeaksantyny. Gdy tylko uda się rozproszyć odpowiednio wiele energii, pH wraca do normy, a białko ponownie traci swoją zdolność. Dzięki wspomnianemu mechanizmowi komórka jest w stanie pochłonąć więcej energii do przeprowadzenia fotosyntezy bez obawy o "przegrzanie" od nadmiaru padającego światła.

Szczegóły odkrycia opublikowano w czasopiśmie Science.

CP29 białko roślina ochrona słońce zeaksantyna pH CP26 CP24