Universiteit Leiden Universiteit Leiden

Nederlands English

Losse eindjes in eiwitten bevorderen fotosynthese

Fotosynthese werkt alleen optimaal als een plant zich kan aanpassen aan verandering in de lichtinval. Natuurkundige Martina Huber ontdekte dat een flexibele staart van een bepaald eiwit het middel kan zijn waarmee de plant die aanpassing op het licht teweeg kan brengen. Haar ontdekking wordt op 5 maart gepubliceerd in het toonaangevende blad Biophysics Journal.

Weergave van fotosynthese bij planten met het fotosynthesemembraan (lichtgroen) van boven. De eiwitten zijn schematisch weergegeven: bij weinig licht (a) en bij sterke lichtinval (b). Middenin het ‘reaction-center’, als donkergroen vierkant; CP29 als blauwe ellips; groene cirkel: trimer van het licht-verzamel eiwit LHCII. c) Close-up van het complex in a) met de N-terminus van CP29, donkerblauwe staart als hengel die de wisselwerking met LHCII mogelijk maakt.

Nieuwe onderzoeksmethode

Het idee dat ook flexibele delen van een eiwit een belangrijke functie hebben, komt de laatste jaren duidelijker naar voren. Maar zulke delen zijn lastig te bestuderen met de traditionele onderzoeksmethodes van de biochemie. Met geavanceerd elektron paramagnetische resonantiespectroscopie heeft de groep van Huber (of Huber c.s.) kunnen aantonen dat het flexibele deel van het eiwit CP29 niet helemaal wanordelijk is en twee a drie structuren (configuraties) in kan nemen. In de uitgerekte vorm zou dit deel van het eiwit een lengte hebben van 32 nanometer, ongeveer 10 keer zo lang als de rest van het eiwit, dat wel keurig is opgevouwen.

Modulaire hengel voor verschillende complexen

Met deze ‘hengel’ zou het eiwit dus contact kunnen maken met andere eiwitten in het antennae-systeem van een plant. En doordat deze hengel van configuratie naar configuratie kan switchen, kan het eiwit verschillende complexen met andere eiwitten maken, zoals figuur 1a en 1b illustreren.  In afb. 1a en b zijn de betrokkenen eiwitten grijs en lichtgroen getoond. Dit proces is vermoedelijk hoe de plant op veranderingen in de lichtinval reageert. De complexen waren bekend, ook de spelers (eiwitten) daarin.

Mogelijke structuren van de N-terminus van CP29. De N-terminus begint met residue 1 en gaat over in het gestructureerde deel van CP29, grijs onderaan getekend, bij residue 100. Kleuren geven de maat van mobiliteit: blauw: gestructureerd, rood: flexibel. Voor de flexibele stukken zijn de mogelijke afmetingen in nano-meter aangegeven, en voor het centrale deel residuen 25 t/m 55 is ook een mogelijke helix-structuur getoond.

‘Shape shiften’ om te overleven

De door Huber gevonden structuren in het flexibele deel van het eiwit CP29 (zie afb. 2) laten nu vermoeden dat deze staart door chemische signalen van de plant bij verandering van de lichtinval (phosphorylation) een andere configuratie aanneemt, waardoor het complex beter bij de lichtsituatie past. Dat kan een plant binnen dertig minuten doen en is essentieel voor het leven van de plant. Huber deed haar onderzoek in samenwerking met de onderzoeksgroep van Herbert van Amerongen aan de Universiteit Wageningen.

En verder