Аружан Сапарбаева 
В затененных лесах и мутных водоемах растениям и микроорганизмам не хватает солнечного света для полноценного развития. Чтобы выжить в условиях дефицита энергии, некоторые пресноводные водоросли выработали особый механизм фотосинтеза, позволяющий им использовать дальний красный спектр. Исследователи из Столичного университета Осаки выяснили, как именно организмы адаптируются к подобной среде, перестраивая структуру обычного хлорофилла без химических изменений самого пигмента.
Дальний красный свет находится за пределами оптимального диапазона для большинства фотосинтезирующих видов. Ранее биологи полагали, что для его эффективного поглощения требуются специализированные формы пигментов, которые встречаются у некоторых цианобактерий. Наблюдения за пресноводной водорослью Trachydiscus minutus продемонстрировали другой эволюционный механизм. Этот организм синтезирует белок, поглощающий излучение в дальнем красном диапазоне. Как поясняет доцент Центра искусственного фотосинтеза при университете Рицуко Фудзии, водоросль формирует антенны, внутри которых молекулы стандартного хлорофилла группируются в сложные ансамбли.
Для изучения процесса исследователи применили метод криоэлектронной микроскопии с высоким разрешением. Анализ показал, что белок образует ранее неизвестную архитектуру – тетрамер, состоящий из двух различных гетеродимеров. Такая компоновка максимально сближает молекулы хлорофилла, объединяя их в крупные кластеры. Квантово-химические расчеты подтвердили, что способность поглощать свет возникает исключительно за счет делокализации энергии между множеством молекул. Белковый каркас обеспечивает точное управление взаимодействием пигментов, позволяя клеткам выживать в экстремально затененной среде.
Результаты исследования имеют практическое значение для биоэнергетики. Водоросли из группы эвстигматофициевых способны накапливать значительные объемы масел, что делает их перспективным сырьем для производства экологичного топлива. Понимание механизмов поглощения дальнего красного света позволит выращивать такие культуры в условиях недостаточного освещения, где традиционные методы неэффективны.
Необычная тетрамерная структура белка может найти применение в биоинженерии. Поскольку пространственное расположение пигментов задается последовательностью аминокислот, обнаруженный каркас применим для создания систем искусственного фотосинтеза. По словам исследователей, их следующая задача – выяснить, как именно данный комплекс передает захваченную энергию в общую энергосистему клетки. Материалы работы опубликованы в издании Journal of the American Chemical Society.
