В царстве растений широко распространён сенсор для азота
 Слева – мох Physcomitrella (в структуре белков PII выявляется Q-петля). Справа – Arabidopsis thaliana (в структуре белков PII не выявляется Q-петля). (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Учёные из группы профессора Карла Форчхаммера (Karl Forchhammer) – межфакультетский институт микробиологии и инфекционной медицины – исследовали, как растения отслеживают поступление азота в их организм.
Вместе с доктором Маркусом Хартманном (Marcus Hartmann, сотрудник института биологии развития Макса Планка) и коллегами Санкт-Петербургского университета специалисты выяснили, что растения несут сложный глютаминовый сенсор. Речь о так называемых сигнальных белках PII, которые действуют как «топливомер» для количества доступного азота путём измерения концентрации глютамина. Данная информация затем используется растениями для точного контроля их роста.
Белки PII являются центральными метаболическими регуляторами, которые были досконально изучены у бактерий группой учёных под руководством профессора Форчхаммера. Однако исследования данного типа белков у зелёных водорослей Chlamydomonas показали следующее: для активации белков PII требуется дополнительный компонент. Речь о том, что их сигнальная функция тесно увязана с содержанием глютамина. Активность PII стимулируется продукцией различных аминокислот, но только при условии высокой концентрации глютамина. Совместно с Маркусом Хартманном микробиологи определили трёхмерную структуру белков PII водорослей Chlamydomonas. По сравнению с бактериальными PII у данных белков из организма водорослей выявляется небольшая структура, которую учёные назвали «Q-петля». Она определяет наличие свободных молекул глютамина и связывает их.
«Только когда данная структура загружена глютамином, PII приобретает конформацию, необходимую для подачи сигнала и инициации последующих метаболических шагов» – уточняет доктор Васуки Челламуту (Vasuki Chellamuthu, ведущий автор исследования).
Наследующем этапе работы учёные хотели определить, является ли названная выше необычная особенность уникальной для водорослей Chlamydomonas либо же она обычна для растений. С помощью методов биоинформатики они проанализировали все доступные генетические варианты PII растений. «Оказалось, что выявленная петля присутствует во всех белках PII растений – от зелёных водорослей до мхов – и в большом количестве у риса и других цветковых растений» – пишут Маркус Хартманн и Карл Форчхаммер. Q-петля отсутствует только у крестоцветных. «Любопытно, что Arabidopsis thaliana – Резуховидка Таля – важный модельный организм, используемый для изучения растений, – принадлежит к данному семейству и таким образом составляет исключение» – добавляют учёные.
Соответствующие белки PII Резуховидки Таля не являются глютамин-зависимыми. Однако когда учёные искусственно добавили интактную Q-петлю белков водорослей к белкам Резуховидки Таля в лаборатории, возник ответ на глютамин. Это подтверждает функциональную роль Q-петли. Путём изменения белков PII растений можно оказать воздействие на определённые метаболические продукты.
По мнению профессора Форчхаммера, время покажет, существенно ли повлияют полученные специалистами результаты на растениеводство. Собранная учёными информация – хороший пример эволюционного процесса, протекающего на молекулярном уровне.
Также по теме:
- Белки CUET участвуют в устранении белковых агрегатов, представляющих опасность для клеток
- От ВИЧ до рака: IL-37 регулирует иммунную систему
- Расширены представления о работе белков, участвующих в апоптозе, – Bak и Bax
- Выделенный из Clitoria ternatea фермент сшивает аминокислотные цепи в 10 000 раз быстрее известных аналогов
- Падение активности Wnt-пути имеет отношение к развитию болезни Альцгеймера
Источники: