Oamenii de știință rezolvă misterul din spatele organitei enigmatice, pirenoidul

Algele purtate de apă ale Chlamydomonas reinhardtii. Credit: Imagine de He et al

Carbonul este unul dintre principalele elemente de bază pentru viața pe Pământ. Este abundent în atmosfera planetei noastre, unde se găsește sub formă de dioxid de carbon. Carbonul își face loc în corpurile pământenilor în principal prin procesul de fotosinteză, care încorporează dioxid de carbon în zaharuri care acționează ca componente pentru biomolecule importante și alimentează lanțul alimentar global. Aproximativ o treime din acest proces la nivel global este realizat de algele cu o singură minciună care trăiesc în oceane (plante care alcătuiesc majoritatea restului).

Enzima care efectuează primul pas al reacției de asimilare a dioxidului de carbon în zaharuri este o proteină în vrac numită Rubisco asamblată din opt subunități mici identice și opt subunități mari identice dispuse simetric. Toate părțile acestui ansamblu, cunoscute sub numele de holoenzimă, funcționează în tandem pentru a îndeplini datoria enzimatică a lui Rubisco. Rata de activitate a lui Rubisco – și, prin extensie, rata la care plantele și algele pot crește – este limitată de accesul la dioxid de carbon. Dioxidul de carbon liber poate fi rar în apă, deci algele acvatice sunt Chlamydomonas reinhardtii uneori se luptă să-l facă pe Rubisco să lucreze pe cât posibil. Pentru a contracara acest lucru, aceste alge au dezvoltat o structură specială numită pirenoid pentru a furniza dioxid de carbon concentrat lui Rubisco. Pirenoidul este atât de important încât aproape toate algele de pe planetă au una. Se crede că diferite specii de alge au dezvoltat structura independent.

„Caracteristica definitorie a pirenoidului este matricea, o condensare masivă asemănătoare unui fluid care conține aproape toată celula lui Rubisco”, explică Jonikas, profesor asistent la Departamentul de Biologie Moleculară din Princeton.

Rubisco Pyrenoid Matrix și EPYC1

Rubisco (teal) este legat și grupat împreună de EPYC1 (portocaliu) în matricea pirenoidă. Subtitlu: Princeton Shan Cercetătorii Martin Jonikas și colegii lor au descoperit cum se asamblează holoenzimele Rubisco pentru a forma matricea lichidă a pireneului algic, o organetă care mediază încorporarea dioxidului de carbon în zaharuri. Studiul care detaliază concluziile grupului a fost publicat pe 23 noiembrie 2020 în revista Nature Plants. Credit: Imagine de He et al.

Rubisco este componenta principală a matricei pirenoide, dar nu singura; în 2016, laboratorul lui Jonikas a descoperit o altă proteină abundentă în pirenoid numită EPYC1. În lucrarea lor din 2016, grupul Jonikas a demonstrat că EPYC1 se leagă de Rubisco și ajută la concentrarea lui Rubisco în pirenoid. Cercetătorii au emis ipoteza că EPYC1 acționează ca un adeziv molecular pentru a lega holoenzimele Rubisco. Postdoc Shan He, împreună cu colegii de la laboratorul lui Jonikas și colegii din Germania, Singapore și Anglia, au testat această teorie.

„În lucrarea de față, arătăm că așa funcționează”, spune Jonikas, „arătând că EPYC1 are cinci site-uri de legare pentru Rubisco, permițându-i să se„ conecteze ”la mai multe holoenzime Rubisco. ”

EPYC1 este o proteină de extensie puțin structurată, iar cele cinci site-uri de legare Rubisco sunt distribuite uniform în întreaga. Cercetătorii au descoperit, de asemenea, că Rubisco are opt site-uri de legare EPYC1 distribuite uniform pe suprafața sa asemănătoare bilelor. Modelarea calculațională a arătat că proteina EPYC1 flexibilă structurată și liberă poate face conexiuni multiple la o holoenzimă Rubisco sau la punte adiacente. În acest fel, EPYC1 îl conduce pe Rubisco să se grupeze în matricea pirenoidă.

Deși acest lucru oferă o explicație satisfăcătoare pentru modul în care matricea este asamblată, este destul de deranjant. Alte proteine ​​trebuie să poată accesa Rubisco pentru reparare atunci când se defectează. Dacă rețeaua EPYC1-Rubisco este rigidă, ar putea bloca accesul acestor proteine ​​la Rubisco. Cu toate acestea, el și colegii săi au descoperit că interacțiunile EPYC1 cu Rubisco au fost relativ slabe, așa că, în timp ce cele două proteine ​​pot forma multe legături între ele, aceste contacte se schimbă rapid.

„Acest lucru permite EPYC1 și Rubisco să curgă unul lângă celălalt în timp ce rămân în condensarea concentrată a pachetului său, permițând altor proteine ​​pirenoide să aibă acces și la Rubisco”, subliniază Jonikas. „Munca noastră rezolvă misterul de lungă durată al modului în care Rubisco este ținut împreună în matricea pirenoidă”.

Plantele terestre nu au pirenoizi, iar oamenii de știință cred că proiectarea unei structuri asemănătoare pirenoizilor în plante de cultură le-ar putea spori rata de creștere. Înțelegerea modului în care pirenoidul este asamblat în alge este un pas semnificativ către astfel de eforturi.

El si colegii sai ofera un studiu molecular foarte frumos al interactiunilor proteina-proteina intre subunitatea mica Rubisco si EPYC1, a spus Dr. James Moroney, profesor de biologie la departamentul de științe biologice al Universității de Stat din Louisiana, al cărui laborator studiază fotosinteza plantelor. și alge.

„Această lucrare este încurajatoare pentru cercetătorii care doresc să introducă structuri asemănătoare pirenoidelor în plante pentru a îmbunătăți fotosinteza”, adaugă el.

Într-o lume înfometată de foame și boli, putem folosi tot impulsul pe care îl putem obține.

Referință: „Baza structurală a separării fazei Rubisco în pirenoid” de Shan He, Hui-Ting Chou, Doreen Matthies, Tobias Wunder, Moritz T. Meyer, Nicky Atkinson, Antonio Martinez-Sanchez, Philip D. Jeffrey, Sarah A. Port, Weronika Patena, Guanhua He, Vivian K. Chen, Frederick M. Hughson, Alistair J. McCormick, Oliver Mueller-Cajar, Benjamin D. Engel, Zhiheng Yu și Martin C. Jonikas, 23 noiembrie 2020, Plantele naturii.
DOI: 10.1038 / s41477-020-00811-y

Finanțare: Lucrarea descrisă aici a fost susținută de granturi acordate MCJ de la National Science Foundation (nr. IOS-1359682 și MCB-1935444), Institutele Naționale de Sănătate (nr. DP2-GM-119137) și Fundația Simons și Institutul Medical Howard Hughes. (nr. 55108535); către BDE de către Deutsche Forschungsgemeinschaft (EN 1194 / 1-1 ca parte a FOR2092); în OM-C. de către Ministerul Educației (MOE Singapore) Nivelul 2 (nr. MOE2018-T2-2-059); către AJM și NA de la Consiliul de Cercetare în Biotehnologie și Științe Biologice din Marea Britanie (nr. BB / S015531 / 1) și Leverhulme Trust (nr. RPG-2017-402); către FMH prin NIH (R01GM071574); către SAP de către bursa Deutsche Forschungsgemeinschaft (numărul PO2195 / 1-1); și către VKC de la Institutul Național de Științe Medicale Generale Institutul Național de Sănătate subvenție de formare (numărul T32GM007276).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Hrănirea unei diete occidentale dăunează sistemului imunitar intestinal – Inflamația, poate crește riscul de infecție

Figura de mai sus prezintă un model 3D mic de intestine format din celule antiinflamatorii cunoscute sub numele de celule pantele (verzi și roșii)...

Noul sistem de propulsie poate permite zborul la viteze de până la 17 Mach

Este prezentat un plan de concept hipersonic, alimentat de un motor de undă de detonare oblică. Credit de imagine de fundal: NASA. ...

Arheologii sunt pionierii unei noi tehnologii de sortare a ceramicii antice

„Râul” șirurilor Tusayan White Ware arată schimbări în designul tipului de la cel mai tânăr la cel mai tânăr. Un studiu aprofundat va...

Rețelele de bază ale creierului imaginației – Subrețele separate care modelează și evaluează scenariile imaginare

Nu Society for Neuroscience 17 mai 2021 O subrețea creează scenarii imaginare, în timp ce cealaltă le evaluează. Două componente ale imaginației - proiectarea și evaluarea scenariilor...

O gaură neagră amestecă permanent informații care nu pot fi recuperate

O nouă teoremă arată că informațiile care sunt rulate printr-un codificator de informații, cum ar fi o gaură neagră, vor ajunge la un punct...

Newsletter

Subscribe to stay updated.