К синтезу каротиноидных пигментов способны бактерии, растения и грибы, а животные получают их с пищей и используют для синтеза зрительных пигментов и поддержки иммунной системы. В 2017 году авторам работы удалось открыть уникальный механизм переноса каротиноидов между водорастворимыми белками, связанный с защитой цианобактерий (сине-зеленых водорослей) от излишков солнечного света. Цианобактерии стали одними из первых обитателей Земли, способными к фотосинтезу – превращению углекислого газа в кислород под воздействием света. Когда эти организмы только появились, на Земле было очень мало кислорода и отсутствовал озоновый экран, который сейчас защищает нас от опасного солнечного излучения. Поэтому цианобактериям требовалась защита, которую и обеспечил оранжевый каротиноидный белок (ОКБ). Солнечный свет представляет собой смесь всех цветов, в том числе и синего. Под действием последнего ОКБ превращается из своего основного оранжевого, адаптированного к темноте, состояния в активное красное. После этого белок может взаимодействовать с улавливающими свет антеннами и защищать организм от излишков солнечного излучения. Он служит тушителем, забирая на себя избыток энергии и не допуская губительного для фотосинтезирующих компонентов перегрева. В темноте ОКБ вновь возвращается в оранжевое состояние.
Оранжевый каротиноидный белок состоит из двух доменов (частей, выполняющих определенную функцию), между которыми находится молекула каротиноида. При активации светом эти домены разделяются, что освобождает каротиноид и позволяет белку доставить его к антенне. Новые исследования показали, что структурные различия обуславливают перенос каротиноидов, а эффективность этого процесса зависит от взаимодействий между белками-участниками. Также ученые выяснили, что возможен и обратный процесс. Он происходит при активации ОКБ светом в присутствии белка CTDH. Этот процесс, по мнению ученых, играет важную роль в том, чтобы регулировать эффективность защиты от солнца у цианобактерий.
«Открытие этих реакций между водорастворимыми каротиноидными белками дает представление о физиологической регуляции активности ОКБ с помощью CTDH и предлагает несколько вариантов практического применения», – прокомментировал исследование один из авторов работы, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник кафедры биофизики биологического факультета МГУ Евгений Максимов. Дальнейшее изучение этой области поможет в разработке управляемых светом групп белок-белковых взаимодействий, регулирующих транспорт каротиноидов, которые являются природными антиоксидантами. Это может в дальнейшем улучшить качество медицины в России.
Работа была выполнена совместно с коллегами из Института интегративной биологии клетки (Жив-сюр-Иветт, Франция) и Технического университета Берлина (Германия).
