Биологи попали в основание молекулярной светособирающей «антенны»

Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН использовали необычный вариант флуоресцентной спектроскопии для описания особенностей молекулярного взаимодействия между фикобилисомой — сложным белковым комплексом, улавливающим свет в клетках цианобактерий и красных водорослей, — и оранжевым каротиноидным белком, защищающим фотосинтетический аппарат от интенсивного солнечного излучения. Каротиноидный белок, изменяя свою конформацию, препятствует передаче энергии от фикобилисомы на хлорофилл фотосистем. Изучение этой реакции является сложной задачей из-за многоступенчатого переноса энергии между сотнями пигментов антенны. Оказалось, что этот процесс можно значительно упростить, используя инфракрасные лазеры. Результаты исследования опубликованы в журнале BBA Bioenergetics. Исследование выполнено в рамках проекта федеральной научно-технической программы развития синхротронных и нейтронных исследований и поддержана национальным проектом «Наука и университеты».

Цианобактерии и красные водоросли имеют особые белковые «антенны» — фикобилисомы, — которые помогают улавливать свет и передавать его энергию на молекулы хлорофилла для фотосинтеза. При этом важно, чтобы на хлорофилл попадало определенное количество излучения — с одной стороны, его должно быть достаточно для поддержания оптимальной скорости синтетических реакций, а с другой — не слишком много, чтобы не повредить фотосинтетический аппарат. Поэтому существует система защиты от избыточного света, которая у цианобактерий представлена оранжевым каротиноидным белком. Он подавляет возбуждение фикобилисом при избыточном освещении, тем самым препятствуя передаче энергии в фотосинтетический аппарат. Однако подробности взаимодействия фикобилисомы и оранжевого каротиноидного белка остаются плохо изученными.

Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН исследовали явление антистоксовой флуоресценции — одного из видов излучения фикобилисомы при действии на нее квантов с низкой энергией. Анализируя особенности сигналов флуоресценции, например формы спектра и длительности возбужденного состояния, можно подробнее охарактеризовать принцип работы фикобилисомы и ее взаимодействие с оранжевым каротиноидным белком.