„Věda“ - Studie: Mechanismus pro rozklad chloroplastových proteinů objasněn

Chloroplasty jsou místem fotosyntézy a patří mezi plastidy, kterých existuje mnoho druhů s různými funkcemi. Plastidy jednoho druhu se mohou diferencovat do jiných druhů. S biologem z Kaiserslauternu Dr. Raphaelem Tröšchem ukázali vědci z Oxfordu poprvé, jak jsou v chloroplastech rozkládány membránové receptory, které jsou zodpovědné za příjem proteinů relevantních pro fotosyntézu. Množství receptorů by mohlo hrát roli při diferenciaci plastidů. Zajímavé jsou výsledky například pro biotechnologickou výrobu pigmentů v plastidech. Studie byla publikována v odborném časopise Science.

Plastidy jsou malé buněčné organely, které mají vlastní genom a od zbytku buňky se oddělují vlastní membránou. U rostlin plní různé úkoly: například chloroplasty zajišťují fotosyntézu a amyloplasty ukládají škrob. To, co je zvláštní: plastidy se mohou diferencovat. Mají vysokou plastiditu. Proto také jejich název. „Rajče je zpočátku zelené, aby mohlo provádět fotosyntézu,“ uvádí biolog Dr. Raphael Trösch z Technické univerzity v Kaiserslauternu (TUK) jako příklad. „Postupem času zčervená a shromažďuje pigment lykopin. Chloroplasty se mění na chromoplasty a převezmou novou funkci.“

Pro to, aby chloroplasty mohly provádět fotosyntézu, potřebují mnoho různých proteinů. Většina z nich však není vytvářena přímo v buněčném organelu, ale v cytoplazmě buňky. „Pro jejich transport do chloroplastu existují transportní proteiny v membráně chloroplastu,“ vysvětluje Trösch, který zkoumá eukaryontní genetiku. „Ty se vážou na receptory, které buď specificky rozpoznávají proteiny pro fotosyntézu, nebo na ty, které rozpoznávají jiné proteiny.“

Spolu s týmem kolem dvou hlavních autorů studie, Qihua Linga a Williama Broada z univerzity v Oxfordu, zkoumal Trösch na buňkách řepky, jak vypadá rozkladní proces receptorů, které rozpoznávají proteiny fotosyntézy. „U jiných buněčných membrán již existují dobře prozkoumané mechanismy rozkladu membránových proteinů,“ pokračuje vědec.

Poprvé vědci nyní také detailně prozkoumali podobný mechanismus u chloroplastů a identifikovali tři molekuly, které se na něm podílejí. Rozklad probíhá následovně: „Aby bylo možné receptor odstranit, musí být nejprve označen. Poté ho specifické proteiny za spotřeby energie protáhnou skrz kanál, po čemž může být v cytoplazmě rozložen. Tyto proteiny jsou v jistém smyslu součástí odpadového systému buňky,“ porovnává Trösch. „Celkový systém rozkladu v buňce přirovnává ke stromovým pracím v lese, kdy stromolezec nejprve označí nemocné nebo zchátralé stromy „X“-kem. Poté je pokácí, aniž by sám věděl, proč je třeba je odstranit.“

Mechanismus vědci pojmenovali „Chloroplast-associated protein degradation“ (CHLORAD, česky: chloroplastově spojený rozklad proteinů). S jeho pomocí může rostlinná buňka regulovat množství specifických receptorů; a tím pravděpodobně i to, kolik proteinů fotosyntézy chloroplast přijímá. Může hrát také důležitou roli při diferenciaci, domnívají se vědci. Jeho přesná funkce však musí být v dalších studiích objasněna.

Zajímavé jsou výsledky například pro biotechnologii. Rostlinné barviva z chloroplastů se používají například v kosmetice, jako opalovací krémy, potravinářské nebo farmaceutické přípravky. Zjištění pomáhají lépe pochopit základy diferenciace plastidů. Přírodní barviva by mohla být v budoucnu vyráběna ve větším množství a snadněji v diferencovaných plastidech.

Studie byla publikována v prestižním časopise Science: „Ubiquitin-dependent chloroplast-associated protein degradation in plants“. Qihua Ling, William Broad, Raphael Trösch, Mats Töphel, Tijen Demiral Sert, Panagiotis Lymperopoulos, Amy Baldwin, R. Paul Jarvis.

http://science.sciencemag.org/content/363/6429/eaav4467.long

DOI: 10.1126/science.aav4467