Израильские ученые приблизились к возможности управления фотосинтезом растений

Исследователи из Института Вейцмана совместно с американскими коллегами впервые визуализировали молекулярное устройство клеточных мембран, преобразующих солнечный свет в энергию растений.

Ученые использовали передовые методы криоэлектронной микроскопии, чтобы изучить структуру фотосинтетических мембран непосредственно внутри живых листьев растений семейства горчичных. Эти мембраны работают как высокоэффективные биологические солнечные батареи, где белковые комплексы организованы в сложнейшие ансамбли. Исследование показало, что именно точный размер и состав белков определяют их пространственную конфигурацию, которая, в свою очередь, напрямую влияет на эффективность переноса электронов и скорость восстановления поврежденных компонентов. Работа опубликована в журнале Science Advances.

Авторы работы сравнивают внутреннее устройство клетки с ландшафтами: одни участки напоминают дикие леса с хаотичным расположением элементов, другие – регулярные плантации. Каждая конфигурация имеет свои функциональные преимущества и недостатки. Понимание этих механизмов открывает путь к тонкой настройке сельскохозяйственных культур. Манипулируя белковым ландшафтом, биологи смогут адаптировать растения к конкретным условиям среды, повышая их урожайность и устойчивость к стрессам.

Соавтор работы Хельмут Кирхгофф подчеркнул фундаментальную важность открытия: "На молекулярном уровне структура определяет функцию. Эти мембраны преобразуют энергию солнечного света в химическую энергию, которая обеспечивает не только питание самого растения, но и большинства форм жизни на Земле".

В дальнейшем команда планирует создать виртуальные модели белковых ландшафтов, чтобы выяснить, как различные условия освещения и генетические мутации меняют архитектуру фотосинтеза.