مجمع التمثيل الضوئي الرئيسي المعروض في السبانخ
مجمع التمثيل الضوئي الرئيسي المعروض في السبانخ
فيديو: مجمع التمثيل الضوئي الرئيسي المعروض في السبانخ
فيديو: عمليه البناء الضوئي 2023, شهر فبراير
Anonim

النتائج تغذي الآمال في تحسين كفاءة المحاصيل الغذائية.

مجمع التمثيل الضوئي الرئيسي المعروض في السبانخ
مجمع التمثيل الضوئي الرئيسي المعروض في السبانخ

أخذنا نظرة عن قرب على ترس بروتيني في آلية بناء السكر في السبانخ خطوة أقرب إلى تعزيز غلة المحاصيل الغذائية. باستخدام أفضل الصور عالية الدقة المتاحة من المجهر الإلكتروني ، تتبع الباحثون ملامح مركب رئيسي في هذه الآلية يسمى السيتوكروم ب6F.

يقول فريق البحث في ورقة نُشرت في 13 نوفمبر في Nature ، إن فهم تصميم مجمع البروتين هذا يمكن أن يساعد العلماء في إعادة تصميمه لزيادة كفاءة المحاصيل في السبانخ أو النباتات الأخرى. يمكن أن تكون النتيجة إنتاج المزيد من الغذاء بكفاءة أكبر لسكان العالم الآخذ في التزايد.

الحصول على هذه التفاصيل حول بنية السيتوكروم ب6تقول ماريا إرماكوفا ، باحثة ما بعد الدكتوراه في مركز التميز في التمثيل الضوئي الانتقالي بالجامعة الوطنية الأسترالية ، والتي لم تشارك في الدراسة ، إن f "مثير للغاية". وتقول إن النتائج لا تجيب بشكل كامل على الأسئلة المستمرة حول كيفية عمل الوظائف المعقدة ، لكنها مهدت الطريق لتوضيح كيفية ارتباط بنيتها ونشاطها.

وظيفة معروفة للسيتوكروم ب6f هو دوره في "عنق الزجاجة" لعملية التمثيل الضوئي ، كما يقول مات جونسون ، عالم الكيمياء الحيوية في جامعة شيفيلد في إنجلترا والمؤلف المشارك الرئيسي للورقة. كموقع للتباطؤ في عملية بناء السكر ، يعد المجمع هدفًا لتعديل الكفاءة. يشير جونسون إلى اثنين من الدراسات الأخرى التي ركزت على السيتوكروم ب6f ، مما أظهر أن زيادة إنتاج البروتينات المكونة لها يترجم إلى زيادة نمو النبات.

صورة
صورة

يشعل ضوء الشمس مصانع السكر في النبات كخطوة أولى في عملية التمثيل الضوئي ، وتنشيط الإلكترونات في صبغة الكلوروفيل. ثم يستخدم المصنع تلك الطاقة التي تم التقاطها لبناء السكريات في عملية تتضمن نظامين متتابعين. هذه السكريات ضرورية لنمو النبات ، لذا فإن عملية التمثيل الضوئي الفعالة يمكن أن تعني بدورها عائدًا فعالًا وقويًا.

السيتوكروم ب6يربط المركب f بين النظامين الرئيسيين لعملية التمثيل الضوئي ويتعامل مع الإلكترونات التي تعمل بالطاقة الشمسية. تذهب بعض طاقة الإلكترونات إلى توجيه البروتونات ، وشحنات موجبة واحدة ، إلى منطقة تخزين يتم تخزينها ، مثل البطاريات ، حتى يحتاجها النبات. يعمل تدفق هذه البروتونات لاحقًا على تعزيز تجميع الجزيئات التي ستوفر الطاقة اللازمة لبناء السكريات.

السيتوكروم ب6تقوم f أيضًا بإلزام الإلكترونات التي تم تنشيطها بواحد من مصيرين: يمكنها دفعها من أول نظام رئيسي للتمثيل الضوئي وإلى الثاني ، حيث يقوم النبات ببناء السكر. ويمكنها إعادة تدويرها لدفع حركة المزيد من البروتونات إلى التخزين.

استخدم جونسون وزملاؤه تقنية تسمى المجهر الإلكتروني المبرد ، أو cryo-EM ، للحصول على رؤية مكبرة للسيتوكروم ب.6F. بعد تنقية المركب من أوراق السبانخ اليومية ، وضعوا محلولًا يحتوي على المركبات المنقاة على شبكة كربونية بسكويت الوفل وأغرقوا كل شيء في الإيثان السائل المبرد إلى حوالي 190 درجة مئوية.

من خلال إرسال الإلكترونات بلطف إلى العينات ، ابتكر الباحثون آثارًا للمجمع تم دمجهما في صور ثلاثية الأبعاد. أظهرت هذه الصور الأجزاء المكونة للسيتوكروم ب6f وصولا إلى مستوى الجزيئات الفردية. سمحت العملية أيضًا للمحققين بالتقاط المركب في مراحل مختلفة من وظائفه ، مما يدل على تغيرات الشكل التي قد تنظم ما يفعله بالإلكترونات والبروتونات.

على سبيل المثال ، وجدوا أن للكلوروفيل ذيلًا جزيئيًا قد يحدد مصير الإلكترونات في السيتوكروم ب.6F. لقد رأوا الذيل يتفاعل مع المركب ويتخذ موقعين محتملين: في أحدهما ، منع الجزيء الحامل للإلكترون من الاستقرار في موقع على السيتوكروم ب.6F. في الحالة الأخرى ، تغير شكل الذيل ، مما أفسح المجال للجزيء للارتباط بحيث يمكن الوصول إلى إلكترونه.

تشير هذه التفاصيل وغيرها من التفاصيل الهيكلية إلى كيفية استخدام السيتوكروم ب6كتب جونسون وزملاؤه أن f يغير الشكل استجابة للإشارات البيئية. يمكن أن تؤدي هذه التغييرات إلى إبطاء عملية التمثيل الضوئي عندما يحتاج النبات إلى القيام بذلك لتجنب الضرر ، مثل التعرض المفرط للضوء.

يقول جونسون إن فهم هذه التغييرات يمكن أيضًا أن "يوفر أهدافًا أكثر تعقيدًا للتحسين" من خلال إزالة الكوابح من هذه العملية. كتب هو وزملاؤه أن التلاعب بعملية التمثيل الضوئي سيكون أمرًا حاسمًا لزيادة غلة المحاصيل وضمان الغذاء الكافي لـ 9.7 مليار شخص المتوقع أن يحتاجوا إليه بحلول عام 2050.

شعبية حسب الموضوع