Přelomový objev v chloroplastech: Vědci odhalili molekulární zámek, který řídí fotosyntézu a slibuje silnější rostliny

Nová studie odhaluje dynamiku fotosyntézy na buněčné úrovni, což je zásadní proces, který pohání život na Zemi. Tým pod vedením profesorů Barryho Bruce a Rajana Lamichhaneho z University of Tennessee, Knoxville, publikoval svá zjištění v prestižním časopise Biophysical Journal.

Nová studie odhaluje dynamiku fotosyntézy na buněčné úrovni, což je zásadní proces, který pohání život na Zemi. Tým pod vedením profesorů Barryho Bruce a Rajana Lamichhaneho z University of Tennessee, Knoxville, publikoval svá zjištění v prestižním časopise Biophysical Journal. Jejich práce se zaměřuje na mechanismus, který umožňuje rostlinám a řasám efektivně využívat sluneční energii.

Tato studie je výsledkem vysoce produktivní spolupráce. Profesor Bruce se mechanismům biogeneze chloroplastů věnuje více než tři desetiletí. Jeho výzkum nyní získává nový rozměr díky zapojení profesora Lamichhaneho, světového lídra v metodologii jednobuněčné FRET fluorescence. Jeho odborné znalosti a speciálně zkonstruované přístroje na UT Knoxville umožnily provést sofistikované experimenty, které vedly k významnému technickému a koncepčnímu pokroku. Díky tomu je možné studovat části biogeneze chloroplastů s dosud nevídanou podrobností. Lamichhaneho výzkum GTPáz v systémech GPCR, jež jsou zásadní pro objevování léků, se nyní uplatňuje na jiný, avšak stejně důležitý systém GTPáz, který kontroluje funkci chloroplastů v rostlinách. Tento posun umožňuje využít pokročilé nástroje k prozkoumání procesu, který je fundamentální pro to, jak rostliny produkují potravu, vlákna a palivo, na kterých je společnost závislá.

Vědci již dříve charakterizovali strukturu chloroplastů – specializovaných organel v rostlinách a řasách, které jsou primárním místem fotosyntézy. Chloroplasty potřebují importovat většinu svých proteinů z vnějšku organely. Receptor Toc34 pomáhá řídit tento vstupní proces. Toc34 funguje jako pár identických proteinů (homodimer), který si lze představit jako dvě části stejného zámku na dveřích. Společně tento pár Toc34 pomáhá rozpoznávat přicházející proteiny a rozhoduje, kdy se „dveře“ mají otevřít. Obě poloviny zámku spolu komunikují a využívají malou energetickou molekulu (GTP) k přepínání mezi různými stavy. Vědci však stále plně nechápou, jak tento „dvojitý zámek“ mění svůj tvar nebo aktivitu, aby řídil import proteinů.

Další kroky ve výzkumu receptorového systému

Tým plánuje rozšířit svou strategii na další membránově vázané systémy v budoucích studiích. Cílem je vybudovat kompletnější model dynamických a koordinovaných událostí, které probíhají v rámci fotosyntézy. V budoucnu plánují zdvojnásobit složitost těchto experimentů a přejít od homodimeru Toc34 k celému dvousložkovému receptorovému systému zahrnujícímu Toc34 i Toc159. Odhalením mechanismu otevírání a zavírání „zámku“ Toc34 se otevírá příležitost buď zefektivnit import proteinů, což podpoří silnější růst rostlin, nebo naopak „zámek“ přesně zablokovat, což by mohlo vést k vývoji nových herbicidů specifických pro rostliny.