Biljke koriste fotosintezu za proizvodnju kiseonika, hranljivih materija i bioenergije. Ali ovaj složeni biohemijski proces je neefikasan, sa samo delić sunčeve energije koji se zapravo koristi u fotosintezi. Istraživači to žele da promene kako bi pomogli u povećanju prinosa kultivisanih useva. Istraživački tim u Minhenu je sada otkrio da bi membrana spoljašnjeg omotača hloroplasta mogla igrati ključnu ulogu u ovom procesu.
Biljke apsorbuju ugljen-dioksid i koriste sunce i vodu da ga pretvore u biomasu i kiseonik. Bez fotosinteze, život kakav poznajemo bio bi nemoguć. Međutim, proces fotosinteze je neefikasan, jer biljke koriste samo mali deo uključene sunčeve energije. Istraživači širom sveta pokušavaju da dekodiraju proces kako bi ga optimizovali — i kako bi mogli da proizvedu više biomase u kraćem vremenskom periodu.
Istraživački tim na čelu sa Francom Hagnom, profesorom za biohemiju strukturnih membrana na TUM-u i vođom istraživačke grupe u Helmholc Minhenu, istražio je novi pristup optimizaciji fotosinteze. Istraživači se nisu fokusirali na proces hemijske fotosinteze, već su posmatrali ono što bi se moglo nazvati logistikom. Studija je objavljena u časopisu Nature Structural & Molecular Biology.
„Povećanje prinosa jednostavnih šećera i drugih metabolita u hloroplastima je predmet intenzivnog istraživanja“, kaže Hagn. „Ali samo poboljšanje samog procesa neće pomoći. Proizvodi se takođe moraju transportovati iz hloroplasta preko unutrašnje i spoljašnje membrane omotača kako bi biljka mogla da ih koristi za rast.“
Veliki broj transportnih proteina unutrašnje membrane omotača i njihove funkcionalnosti su već detaljno istražene. Međutim, uloga spoljne ovojne membrane u ovom procesu je daleko manje jasna. „Između ostalog postojala je teorija da spoljašnja membrana omotača funkcioniše kao neka vrsta sita koje omogućava skoro neograničen prolaz ovih metabolita.
Istraživači su sada pokazali da to nije slučaj. Istražujući molekularnu strukturu transportnog proteina u spoljašnjoj membrani omotača, uspeli su da odrede mehanizam kojim određeni molekuli dospevaju napolje. Tim je tako bio u mogućnosti da pokaže da se odvija kontrolisani transport koji bira metabolite prema napunjenosti i veličini.
„Membrana spoljašnjeg omotača hloroplasta je dugo bila isključena kao barijera za metabolite iz fotosinteze. Sada smo uspeli da pokažemo da je membrana verovatno važan ograničavajući i regulisani faktor“, kaže Hagn.
Zatim naučnici žele da istraže strukturne i funkcionalne detalje daljih transportnih proteina spoljašnje membrane omotača. Dugoročno, nalazi bi se mogli koristiti na primer za integraciju više i većih transportnih proteina u spoljašnju membranu omotača kako bi metaboliti mogli brže da prođu napolje i tako podstaknu rast biljke. Hagn kaže: „Povećanje prinosa, na primer, energetskih postrojenja postaje sve važnije u kontekstu klimatskih promena, ekstremnih vremenskih prilika i nestašice energije.“
