„Nauka” - Badanie: Mechanizm rozkładu białek chloroplastów wyjaśniony

Chloroplasty są miejscem fotosyntezy i należą do plastydów, których istnieje wiele rodzajów o różnych funkcjach. Plastydy jednego rodzaju mogą się różnicować w inne rodzaje. Wspólnie z biologiem z Kaiserslautern, Dr. Raphael Trösch, naukowcy z Oksfordu po raz pierwszy pokazali, jak w chloroplastach rozkładane są receptorów związanych z błonami, które odpowiadają za pobieranie białek istotnych dla fotosyntezy. Ilość receptorów może odgrywać rolę w różnicowaniu plastydów. Wyniki są szczególnie interesujące w kontekście biotechnologicznej produkcji pigmentów w plastydach. Badanie ukazało się w czasopiśmie naukowym Science.

Plastydy to małe organelle komórkowe, które posiadają własny genom i odróżniają się od reszty komórki własną błoną. U roślin pełnią różne funkcje: chloroplasty prowadzą fotosyntezę, a amyloplasty magazynują skrobię. Co jest szczególne: plastydy mogą się różnicować. Charakteryzują się dużą plastycznością, stąd ich nazwa. „Początkowo pomidor jest zielony, aby prowadzić fotosyntezę”, wyjaśnia biolog Dr. Raphael Trösch z Technische Universität Kaiserslautern (TUK). „Z czasem robi się czerwony i gromadzi barwnik likopen. Chloroplasty przekształcają się w chromoplasty i przejmują nową funkcję.”

Aby chloroplasty mogły przeprowadzać fotosyntezę, potrzebują wielu różnych białek. Większość z nich nie jest jednak syntetyzowana bezpośrednio w organelli, lecz w cytoplazmie komórki. „Aby transportować je do chloroplastów, w błonie chloroplastów znajdują się białka transportowe”, wyjaśnia Trösch, który bada genetykę eukariotów. „Te wiążą się z receptorami, które albo rozpoznają specyficznie białka fotosyntezy, albo inne białka.”

Wspólnie z zespołem wokół dwóch głównych autorów badania, Qihua Ling i William Broad z Uniwersytetu w Oksfordzie, Trösch zbadał, jak wygląda proces rozkładu receptorów rozpoznających białka fotosyntezy w komórkach roślinnych. „W innych błonach komórkowych istnieją już dobrze poznane mechanizmy rozkładu białek błonowych”, dodaje naukowiec.

Po raz pierwszy naukowcy szczegółowo zbadali podobny mechanizm w chloroplastach i zidentyfikowali trzy zaangażowane w to cząsteczki. Rozkład przebiega następująco: „Aby usunąć receptor, najpierw musi on zostać oznaczony. Następnie specyficzne białka, zużywając energię, wyciągają oznaczony receptor przez kanał, po czym może on zostać rozłożony w cytoplazmie. Te białka są w pewnym sensie częścią systemu wywozu śmieci z komórki”, wyjaśnia Trösch. Porównuje on ten system do prac leśnych, gdy leśnik najpierw oznacza chore lub uszkodzone drzewa znakiem „X”, a potem je wycina, nie wiedząc dokładnie, dlaczego trzeba je usunąć.

Mechanizm ten nazwano „Chloroplast-associated protein degradation” (CHLORAD, po polsku: chloroplastowy związany z rozkładem białek). Dzięki niemu komórka roślinna może kontrolować ilość określonych receptorów, a tym samym prawdopodobnie ilość białek fotosyntezy, które chloroplast może pobrać. Naukowcy przypuszczają, że odgrywa on także istotną rolę w różnicowaniu plastydów. Jednak dokładne zadanie tego mechanizmu wymaga dalszych badań.

Wyniki są szczególnie interesujące dla biotechnologii. Roślinne barwniki pochodzące z chloroplastów są wykorzystywane na przykład w kosmetykach, jako filtry przeciwsłoneczne, w żywności czy farmaceutykach. Zdobyte informacje pomagają lepiej zrozumieć podstawy różnicowania plastydów. W przyszłości naturalne barwniki mogłyby być produkowane w większych ilościach i w prostszy sposób w zróżnicowanych plastydach.

Badanie ukazało się w renomowanym czasopiśmie naukowym Science: „Ubiquitin-dependent chloroplast-associated protein degradation in plants”. Qihua Ling, William Broad, Raphael Trösch, Mats Töpel, Tijen Demiral Sert, Panagiotis Lymperopoulos, Amy Baldwin, R. Paul Jarvis.

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

DOI: 10.1126/science.aav4467