Οι ερευνητές αποκαλύπτουν τον τρόπο με τον οποίο οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί ρυθμίζουν και συνθέτουν ATP

Σε μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Chemical Biology, οι ερευνητές έχουν αποκαλύψει τους μοριακούς μηχανισμούς με τους οποίους οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί ρυθμίζουν και συνθέτουν τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP). Το ATP χρησιμεύει ως το αρχικό ενεργειακό νόμισμα σε όλα τα ζωντανά κύτταρα και η παραγωγή του μέσω της φωτοσύνθεσης είναι απαραίτητη για την επιβίωση των φυτών, των φυκών και ορισμένων βακτηρίων.

Η φωτοσύνθεση περιλαμβάνει τη μετατροπή της φωτεινής ενέργειας σε χημική ενέργεια, η οποία αποθηκεύεται με τη μορφή ΑΤΡ και μείωσης της ισχύος (NADPH). Η ερευνητική ομάδα επικεντρώθηκε σε ένα βασικό ένζυμο που ονομάζεται συνθετάση ΑΤΡ, η οποία είναι υπεύθυνη για τη σύνθεση ΑΤΡ από ADP (διφωσφορική αδενοσίνη) χρησιμοποιώντας την ενέργεια που απελευθερώνεται από την κλίση πρωτονίων που παράγεται κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης.

Χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό βιοχημικών, βιοφυσικών και δομικών βιολογικών τεχνικών, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι η συνθετάση ΑΤΡ ρυθμίζεται από μια μικρή πρωτεΐνη γνωστή ως PGRL1 (πρωτεΐνη 1 που σχετίζεται με τη φωτοσύνθεση 1). Το PGRL1 δεσμεύεται με τη συνθετάση ΑΤΡ και ρυθμίζει τη δραστηριότητά της, εξασφαλίζοντας ότι η σύνθεση ΑΤΡ συντονίζεται με τη διαθεσιμότητα φωτεινής ενέργειας και την κυτταρική ζήτηση για ΑΤΡ.

Οι ερευνητές εντόπισαν επίσης συγκεκριμένα αμινοξέα εντός της συνθάσης PGRL1 και ΑΤΡ που είναι κρίσιμες για την αλληλεπίδρασή τους και τη ρυθμιστική λειτουργία τους. Με το χειρισμό αυτών των αμινοξέων μέσω της γενετικής μηχανικής, ήταν σε θέση να μεταβάλουν τη ρύθμιση της σύνθεσης ΑΤΡ, αποδεικνύοντας τη σημασία αυτών των μοριακών αλληλεπιδράσεων στον έλεγχο της παραγωγής ενέργειας σε φωτοσυνθετικούς οργανισμούς.

Η κατανόηση της ρύθμισης της σύνθεσης ΑΤΡ στους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς δεν είναι μόνο ζωτικής σημασίας για την αποσαφήνιση των θεμελιωδών μηχανισμών της φωτοσύνθεσης, αλλά έχει επίσης ευρύτερες επιπτώσεις σε τομείς όπως η έρευνα βιοενέργειας και η βελτίωση των καλλιεργειών. Με την αξιοποίηση των γνώσεων που αποκτήθηκαν από τη μελέτη αυτή, οι επιστήμονες μπορούν να αναπτύξουν στρατηγικές για την ενίσχυση της αποτελεσματικότητας της φωτοσύνθεσης και τη βελτιστοποίηση της παραγωγής ΑΤΡ σε φυτά, ενδεχομένως οδηγώντας σε αυξημένες αποδόσεις βιομάζας και βελτιωμένη επισιτιστική ασφάλεια.