Protein Science: Новый фоторецептор гарантирует цветное зрение бактерий

Учёные из Токийского столичного университета обнаружили у цианобактерий новый фоторецептор, который чувствителен к зелёному свету. Он принадлежит к семейству, обычно реагирующему на красный и зелёный свет в окружающей среде.

Исследователи определили части его аминокислотной структуры, отвечающие за такое поведение. Их редактирование помогло восстановить чувствительность фоторецептора к красному и зелёному свету — это пример молекулярной «пластичности».

Цианобактерии, или сине-зелёные водоросли, играют важную роль в природе. Они первыми на Земле стали производить кислород, расщепляя молекулы воды с помощью света. Этот процесс похож на фотосинтез у растений.

У цианобактерий есть специальные фоторецепторы — цианобактериохромы (CBCRs). Это особые конструкции на основе аминокислот, которые помогают бактериям приспособиться к окружающей среде и эффективно преобразовывать энергию света.

Цианобактерии различают цвета с помощью CBCRs. Эти молекулы связывают химические вещества, содержащие группу, которая называется линейный тетрапиррол.

Существует много таких пигментов. Их цвет зависит от длины облака «сопряжённых» электронов. Например, фикоцианобилин (PCB), который имеет синий цвет, связывается с CBCR и помогает ему реагировать на красный или зелёный свет. При этом CBCR обратимо переключается между двумя состояниями поглощения в зависимости от соотношения красного и зелёного света вокруг.

Фиковиолобилин (PVB), связывающий CBCR, — это розовый пигмент, который реагирует на фиолетовый или жёлтый свет аналогично.

PCB и PVB — пара «изомеров», то есть веществ с одинаковым химическим составом, но разными двойными связями, что влияет на их цвет. Специфическая структура пигментов, определяемая аминокислотной последовательностью, влияет на то, как они связываются с CBCR. Однако то, как разные пары пигмент/CBCR реагируют на свет, ещё не до конца изучено.

Исследователи под руководством доцента Рея Нарикавы из Токийского столичного университета обнаружили новый фоторецептор, который должен быть чувствителен к красному и зелёному свету.

Он уникален тем, что связывает розовый пигмент PVB и реагирует на зелёный или тиловый свет. Это отличает его от других фоторецепторов, связывающих PVB.

Изучив структуру, исследователи определили три ключевых аминокислотных остатка, которые играют важную роль в необычной реакции. Изменив их, удалось восстановить чувствительность фоторецептора к красному и зеленому свету.

Эта работа показывает, что CBCR может изменяться и принимать разные формы. Благодаря этому исследованию мы больше узнали о том, как цианобактерии воспринимают цвета окружающего мира.

Результаты опубликованы в издании Protein Science.

17.08.2024