Vědci řeší záhadu tajemného organismu, pyranoidu

Vodonosné řasy Chlamydomonas reinhardtii. Uznání: Image He et al

Uhlík je jedním z hlavních stavebních kamenů pro život na Zemi. Je hojný v atmosféře naší planety, kde se nachází ve formě oxidu uhličitého. Uhlík se dostává do suchozemských těl především procesem fotosyntézy, který kombinuje oxid uhličitý v cukrech, které slouží jako složky důležitých biomolekul a vyživují globální potravinový řetězec. Asi třetinu tohoto procesu na celém světě provádějí jednobuněčné řasy žijící v oceánech (zbytek tvoří rostliny).

Enzym, který provádí první krok reakce na asimilaci oxidu uhličitého v cukrech, je objemný protein zvaný rubisco, který se skládá z osmi identických malých jednotek a osmi identických velkých jednotek uspořádaných dohromady symetricky. Všechny části této sestavy, známé jako holenzym, spolupracují, aby splnily Robiscovu enzymatickou povinnost. Rychlost aktivity Rubisca – a v širším smyslu, rychlost rostlin a řas, které mohou růst – je omezena v přístupu k oxidu uhličitému. Volný oxid uhličitý může být ve vodě vzácný, a proto vodné řasy, jako např Chlamydomonas reinhardtii Někdy je obtížné udržet Rubisco v práci, jak nejlépe umí. Aby to neutralizovaly, vyvinuli tyto řasy speciální strukturu zvanou pyranoid, která poskytuje koncentrovaný oxid uhličitý Robiscovi. Pyranoid je tak důležitý, že téměř všechny řasy na Zemi ho mají. Počítače, které různé druhy řas vyvinuly strukturu nezávisle.

„Definující charakteristikou pyranoidu je matice, obrovská kondenzace podobná kapalině, která obsahuje téměř veškerý rubisco buňky,“ vysvětluje Junix, odborný asistent na Katedře molekulární biologie v Princetonu.

Pyranoidní matrice Rubisco a EPYC1

Rubisco (raketa) je spojena a seskupena pomocí EPYC1 (oranžová) v pyranoidní matrici. Podtitul: Princetonští vědci Shan He, Martin Junix a kolegové objevili, jak se Rubiscoovy holoenzymy spojují a tvoří kapalinovou matrici pyranoidů řas, organelu, která zprostředkovává kombinaci oxidu uhličitého a cukrů. Studie, která podrobně popisuje zjištění skupiny, byla zveřejněna 23. listopadu 2020 v časopise Nature Plants. Uznání: Image He et al.

Robisco je hlavní složkou pyranoidní matice, ale není jedinou; V roce 2016 objevila Jonikasova laboratoř další protein bohatý na pyren s názvem EPYC1. Ve svém příspěvku z roku 2016 tým Junix ukázal, že EPYC1 se váže na Robisco a pomáhá koncentrovat Rubisco v pyranoidu. Vědci řeknou, že EPYC1 funguje jako molekulární lepidlo k navázání holistických enzymů Rubinco. Post-Doctor Shan He, spolu s kolegy v Junicině laboratoři a spolupracovníky z Německa, Singapuru a Anglie, se pustili do testování této teorie.

„V této práci dokazujeme, že to tak skutečně je,“ říká Junix, „tím, že ukazuje, že EPYC1 má pět vazebných míst pro Rubisco a umožňuje mu„ propojit “velké množství holistických enzymů Rubisco.“

EPYC1 je volně expandovaný a expandovaný protein a pět propojovacích stránek Rubisco je rovnoměrně rozloženo. Vědci zjistili, že Rubisco má osm vazebných míst EPYC1 rovnoměrně rozložených na povrchu podobném sféře. Počítačové modelování ukázalo, že vestavěný a flexibilní protein EPYC1 může tvořit více vazeb s jediným enzymem holisco nebo mezi nimi můstky sousedů. Tímto způsobem EPYC1 pohání Rubisco do klastru v pyranoidní matici.

I když nabízí uspokojivé vysvětlení, jak sestavit matici, jedná se o hlavolam. Ostatní proteiny musí mít přístup k Robiscu, aby jej mohly opravit, když se rozpadne. Pokud je síť EPYC1-Rubisco rigidní, může blokovat přístup těchto proteinů k Rubiscu. On a jeho kolegové však zjistili, že interakce EPYC1 s rubiscem jsou poměrně slabé, takže i když tyto dva proteiny mohou navzájem tvořit mnoho vazeb, jsou tyto vazby rychle zaměnitelné.

„Toto umožňuje EPYC1 a Robiscu proudit na sebe, zatímco zůstávají v hustém kondenzátoru, a umožňuje ostatním pyranoidním proteinům také přístup k Robiscu,“ poznamenává Junix. „Naše práce řeší dlouholetou záhadu toho, jak je Rubisco drženo pohromadě v pyranoidní matrici.“

Vnitrozemské rostliny nemají pyranoidy a vědci se domnívají, že konstrukce pyrenoidové struktury plodin může zvýšit jejich rychlost růstu. Pochopení toho, jak se pyroid skládá z řas, je významným krokem k tomuto úsilí.

„On a jeho kolegové poskytují velmi pěknou molekulární studii interakcí protein-protein mezi podjednotkou Rubisco a EPYC1,“ říká Dr. James Moroni, profesor biologie na katedře biologických věd University of Louisiana, jehož laboratoř studuje fotosyntézu v rostlinách a řasách.

„Tato práce podporuje vědce, kteří se snaží zavést do rostlin struktury podobné pyranoidům, aby zlepšili fotosyntézu,“ dodává.

Ve světě trpícím hladem a nemocemi můžeme používat všechny doplňky, které můžeme získat.

Reference: „The Structural Basis of Robiscan Phase Separation“ od Shan He, Hoi-Ting Cho, Doreen Mathis, Tobias Wonder, Moritz T. Mayer, Nicki Atkinson, Antonio Martinez-Sanchez, Philip D. Jeffrey, Sarah A. Fort, Veronica Patna, Guanhua He, Vivian K.Chen, Frederick M. Husson, Alistair J. McCormick, Oliver Mueller-Kajar, Benjamin D. Engel, Jihang Yu a Martin C. Junikas, 23. listopadu 2020, Přírodní rostliny.
DOI: 10.1038 / s41477-020-00811-r

Financování: Zde popsaná práce byla podpořena granty MCJ od National Science Foundation (IOS-1359682 a MCB-1935444), National Institutes of Health (č. DP2-GM-119137) a Simmons Foundation a Howard Hughes Medical Institute. (Č. ​​55108535); BDE od Deutsche Forschungsgemeinschaft (EN 1194 / 1-1 jako součást FOR2092); Do OM-C. Ministerstvem školství (MŽP Singapur) Stratum 2 (č. MOE2018-T2-2-059); AJM a NA od Research Council for Biotechnology and Biological Sciences ve Velké Británii (č. BB / S015531 / 1) a Trust Trust (č. RPG-2017-402); Do FMH od NIH (R01GM071574); Do SAP prostřednictvím stipendia Deutsche Forschungsgemeinspat (PO2195 / 1-1); A společnosti VKC jménem Národního vzdělávacího institutu pro všeobecné lékařské vědy zdravotnických institucí (č. T32GM007276).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Lipidy na membráně mozkových buněk jsou kvůli léčbě Alzheimerovy choroby většinou přehlíženy

Byly vytvořeny vazby mezi lipidovou nerovnováhou a onemocněním, kdy změny lipidů zvyšují tvorbu amyloidových plaků, což je rys Alzheimerovy choroby. Tato nerovnováha inspirovala...

Astrofyzici jsou překvapeni neočekávanými účinky černých děr mimo jejich vlastní galaxie

Umělecká kompozice supermasivní černé díry, která reguluje vývoj jejího prostředí. Autor obrázku: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC) a Dylan Nelson (Illustris-TNG) Ve středu téměř každé...

Největší australský dinosaurus – jižní titán – právě vstoupil do knih rekordů!

Australotitan cooperensis, „Southern Titan of the Cooper“. Fotografický kredit: Vlad Konstantinov, Scott Hocknull © Eromanga Natural History Museum Co je to basketbalové hřiště tak...

„Paralelní reaktory“ na bázi fotonických krystalových vláken odhalují kolektivní analogie hmotných a solitárních molekul

A. Schéma paralelních optických solitonových reaktorů založené na dutině prstencového vláknového laseru s režimem blokování. Časová optomechanická (OM) mříž umožněná fotonickými krystalovými...

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Newsletter

Subscribe to stay updated.