Исследователи из Италии смогли собрать в искусственной клетке фотосинтетический аппарат. Это открывает перед учеными принципиально новые возможности.
Как мы знаем, фотосинтез – это реакция, преобразующая энергию света в энергию химических связей. Именно путем фотосинтеза растения, используя кванты света, превращают углекислый газ и воду в органические соединения и кислород. Все это позволяет выживать не только самим растениям, но и миллионам других микроорганизмов, населяющих наш мир. Отметим, что у растений фотосинтетический аппарат размещен в мембранах специальных органелл, именуемых хлоропластами. В результате работы хлоропластов генерируется поток протонов через мембрану, благодаря чему возникает протонный градиент. Из-за этого клетки имеют возможность запасаться энергией, синтезируя высокоэнергетические молекулы АТФ.
Заметим, что к фотосинтезу способны некоторые бактерии. В их случае местом расположения фотосинтетического аппарата являются цитоплазматические мембраны, а протонный градиент формируется между цитоплазмой и наружной средой.
Сейчас ученые обратили внимание на фотосинтетический аппарат пурпурных бактерий. Исследователи решили создать искусственную систему фотосинтеза. Для этой цели был использован лишь основной трансмембранный белок реакционного центра бактерии Rhodobacter sphaeroides, в то время как вспомогательные молекулы применены не были. Подобные эксперименты проводились и ранее: только часто ученые сталкивались с проблемой ориентации белков в мембранах. При их встраивании они «смотрели» в разные стороны, что не позволяло создать правильный протонный градиент. Однако сейчас ученые смогли добиться создания настоящей протоклетки – гигантской липидной везикулы, – имеющей встроенные в мембрану реакционные центры, ориентированные в нужную сторону.
Принцип сборки мицеллы с селективной ориентацией реакционных центров / ©Emiliano Altamura et al., PNAS, 2017
Для достижения нужного эффекта был применен метод переноса капель. Реакционные центры поворачивались в необходимые стороны за счет гидрофобных взаимодействий. Полученные учеными везикулы обладали диаметром примерно 20 мкм, отличались стабильностью и имели достаточно высокую плотность белков – они содержали примерно один реакционный центр на 2200 молекул липидов. За счет коротких вспышек света ученым удалось выяснить, что фотосинтетические белки в таких везикулах проявляют активность. Полученные результаты открывают перед исследователями новые возможности, если говорить об искусственном фотосинтезе.
