Fotosinteza, proces kojim biljke, alge i određene vrste bakterija pretvaraju sunčevo zračenje u hemijsku energiju, mora da se prilagodi promenama u intenzitetu sunčeve svetlosti, kako bi se obezbedilo njeno efikasno korišćenje.
Baš kao i naše zenice, koje na različite stepene izlaganja svetlosti reaguju dilatacijom ili suženjem, organele u biljnim ćelijama podležu promenama kao odgovor na sunčevu svetlost. Ali za razliku od nas, biljke ne mogu da skrenu pogled ili da se odmaraju u senci da bi izbegle preterano intenzivnu sunčevu svetlost; moraju biti u stanju da se nose sa različitim nivoima sunčevog zračenja, kao i sa njegovim odsustvom noću.
Bez fotosinteze, život kakav poznajemo na Zemlji bio bi nemoguć. Ne samo da je ovaj proces odgovoran za stvaranje većine kiseonika u Zemljinoj atmosferi, već takođe obezbeđuje dostupnost hrane, izdvaja ugljenik iz atmosfere i ublažava posledice klimatskih promena. Razumevanje fotosinteze u svim njenim zamršenostima je stoga ključno za suočavanje sa predstojećim izazovima sa kojima se suočava naša planeta.
Istraživanje sprovedeno u laboratoriji prof. Ziva Reich-a u odeljenju za biomolekularne nauke Vajcmanovog instituta za nauku ima za cilj da otkrije misterije fotosinteze kako bi se mogla efikasnije koristiti za zadovoljavanje potreba čovečanstva ili oponašati veštačkim metodama koje bi oponašale prirodne fotosintetske procese.
U fotosintezi, iskorištavanje moći sunca je omogućeno protokom elektrona iz jednog proteina u drugi unutar organele zvane hloroplast. Ova organela sadrži složen sistem membrana, od kojih su neke gusto naslagane, a druge koje su organizovane u ekspanzivnije sklopove.
Do sada je naučni konsenzus bio da ova prostorna struktura prisiljava elektrone da pokrivaju velike udaljenosti između proteina, usporavajući proces fotosinteze. Ali u radu koji je nedavno objavljen u Nature Plants, istraživački tim predvođen naučnikom dr Reinatom Nevoom iz Rajhove laboratorije otkrio je da membrane menjaju svoju organizaciju u svemiru tokom prelaska iz tame u svetlost, omogućavajući proteinima da se približe jedan drugom. i na taj način skraćujući rastojanje koje elektroni moraju da pređu.
Ova otkrića su napravljena kada su istraživači ispitali membrane hloroplasta pod krio-skenirajućim elektronskim mikroskopom i uporedili poravnanje proteina u membranama i pod uslovima svetla i tame.
„Kada smo pogledali gustinu proteina, shvatili smo da sami proteini ne menjaju svoje pozicije, kao što se ranije mislilo – umesto toga, promena se dogodila u načinu na koji su membrane organizovane u svemiru“, objašnjava Nevo.
Dalji testovi, ovog puta pomoću transmisionog elektronskog mikroskopa, potvrdili su hipotezu istraživača i pokazali da se membrane zaista preuređuju u prostoru, približavajući proteine jedni drugima. Očigledno, jedan od razloga što proteini nisu stalno u neposrednoj blizini jedni drugima – i što se membrane udaljavaju jedna od druge pod mrakom – je taj što distanciranje štiti proteine tako što ih izoluje kada je svetlost slaba i slabo fotosintetski aktivnost se odvija.
Otkrijte najnovije u nauci, tehnologiji i prostoru sa preko 100.000 pretplatnika koji se oslanjaju na Phis.org za dnevne uvide.
Prijavite se za naš besplatni bilten i dobijajte novosti o otkrićima,
inovacije i istraživanja koja su važna – dnevno ili nedeljno.
Nakon što je otkrio kako se membrane preuređuju u skladu sa svetlosnim uslovima, istraživački tim je sproveo eksperiment sa dve grupe genetski modifikovanih biljaka: jednom u kojoj je prostorna struktura membrana hloroplasta „zaključana“ u režimu aktivnog svetla i fotosinteze i drugom u kojoj je membrane su organizovane u režimu stalnog mraka, sprečavajući ih da se približe jedna drugoj. Biljke u prvoj grupi su postale veće i izvršile više fotosinteze u poređenju sa svojim kolegama u tamnom režimu.
U budućnosti, Nevo i njene kolege planiraju da istraže da li se genetski modifikovane biljke, u kojima je uređena prostorna struktura membrana, mogu uzgajati pri relativno slabom svetlu. Ovo bi moglo pomoći u očuvanju energije kada se uzgajaju biljke pod veštačkim svetlom – potreba koja može biti nametnuta klimatskim promenama.
Ova studija je posvećena sećanju na dr Ejala Šimonija, zaposlenog naučnika u Vajcmannovom Odeljenju za podršku hemijskim istraživanjima, koji je doprineo suštinskoj stručnosti u mikroskopiji ovom istraživanju pre nego što je prerano preminuo 2023. godine.
