Razumevanje "temnega stikala" narave: študija razkriva, kako alge uravnavajo fotosintezo s pH

Raziskava, objavljena v Journal of the American Chemical Society, je odkrila doslej neznan mehanizem, s katerim nekatere alge prilagajajo svoje fotosintetične procese kot odziv na spremembe pH-ja. Raziskovalci z Univerze Constructor in Univerze Princeton so odkrili, da posebna skupina pigmentov, znanih kot mesobiliverdini (MBV), deluje kot dinamični regulatorji, ki spreminjajo učinkovitost zbiranja svetlobe na podlagi okoliške kislosti ali alkalnosti.

Študija se je osredotočila na proteinski kompleks PC645, ključno sestavino v fotosintetičnem mehanizmu kriptofitnih alg. Ti mikroorganizmi uspevajo v vodnih okoljih, kjer se intenzivnost in kakovost svetlobe močno razlikujejo, zlasti v globljih vodah, kjer prodirajo samo modro-zelene valovne dolžine.

Z uporabo kombinacije naprednega računalniškega modeliranja in eksperimentalnih tehnik je raziskovalna skupina pokazala, da MBV v kompleksu PC645 kažejo občutljivost na nihanja pH. Ko se pH zviša, se MBV podvržejo subtilnim molekularnim spremembam, ki zmanjšujejo njihovo sposobnost učinkovitega prenosa energije. Nasprotno, nižje ravni pH omogočajo pigmentom, da delujejo na vrhunskih zmogljivostih. Ta dinamična prilagoditev omogoča algam, da optimizirajo svojo fotosintetično proizvodnjo kot odziv na spreminjajoče se okoljske razmere.

Medtem ko natančna funkcionalna vloga regulacije na osnovi MBV ostaja nejasna, ugotovitve kažejo na potencialno evolucijsko prilagoditev, ki algam omogoča ohranjanje presnovnega ravnovesja v spremenljivih habitatih. "Učinkovito smo našli dimmer preklopnik, vendar še ne vemo, za kaj je", je dejal. "Sodelovalni napor je združil strokovnjake iz obeh institucij, ki so izkoristili računalniško fiziko in biofiziko z eksperimentalnimi biokemijskimi metodami. Kleinekathöferjeva ekipa na Constructor University je uporabila prefinjene simulacije, da bi napovedala, kako se bodo MBV obnašali v različnih pogojih pH.

Medtem so raziskovalci na Princetonski univerzi, ki jih je vodil profesor Gregory Scholes, te napovedi potrdili s spektroskopskimi poskusi. Njihovi rezultati so potrdili, da se lahko prilagoditve hitrosti prenosa energije, ki jih posreduje MBV, razlikujejo do 40% do 50%, odvisno od ravni pH.

Če je to res, bi to lahko predstavljalo temeljno prilagodljivo lastnost, ki jo delijo mnogi fotosintetični organizmi, kar jim omogoča, da se spopadejo z okoljskimi stresorji, kot so kislost ali temperaturni premiki.

"Če lahko razumemo mehanizem in najdemo načine, da ga spremenimo, je to vrsta stvari, ki bi jo lahko nekoč uporabili v biomedicinskih ali farmacevtskih aplikacijah ali za spreminjanje pridelka pridelka, na primer kot odziv na naše spreminjajoče se podnebje", je dodal.