Белок-сенсор кислорода защищает ферментативный механизм биологической фиксации азота от серьезных повреждений, а его использование в биотехнологии позволит сократить использование синтетических удобрений в сельском хозяйстве в будущем.
Исследовательская группа под руководством биохимика профессора доктора Оливера Эйнсле из факультета химии и фармации и Центра исследований биологических сигналов (BIOSS) Фрайбургского университета, используя недавно созданную криоэлектронную микроскопию во Фрайбурге, точно выяснила, как работает так называемый белок Shethna II. Их исследование опубликовано в журнале Nature.
Элемент азот является важнейшим компонентом всех живых организмов. В сельском хозяйстве азотные удобрения необходимы для обеспечения высокой урожайности, однако производство и применение этих удобрений экологи считают проблематичным для окружающей среды.
Поэтому в течение многих лет предпринимались попытки перенести естественную фиксацию азота в бактериях и археях на сельскохозяйственные культуры.
Фермент нитрогеназа отвечает за связывание азота. Одной из самых серьезных проблем с переносом на растения является то, что нитрогеназа чрезвычайно чувствительна к атмосферному кислороду, который вырабатывается самими растениями в процессе фотосинтеза.
Филипп Франке, Саймон Фрайбергер и доктор Линь Чжан из команды под руководством профессора Оливера Эйнсле теперь смогли показать, как небольшой фактор, белок Shethna II, регистрирует увеличение концентрации кислорода. Затем он очень быстро образует комплекс с двумя компонентами фермента нитрогеназы, который защищает их от окислительного повреждения. В этом процессе активированный белок Shethna II связывает гораздо более крупную нитрогеназу и связанную с ней редуктазу, образуя длинные нити с обоими белками, в которых кислород не может достичь активных центров нитрогеназы. Как только клетки преодолевают этот окислительный стресс, комплекс растворяется, и фермент может возобновить свою работу.
Последовательное образование защищенного комплекса FeSII:NifH:NifDK. Источник: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-024-08355-3
Даже если нитрогеназа производится непосредственно в растительных клетках, вполне вероятно, что такие короткие фазы стресса с повышенной концентрацией кислорода будут происходить снова и снова. В случае биотехнологического вмешательства совместное производство небольшого белка Shethna II может помочь защитить тщательно синтезированные ферменты в их новой среде и сохранить их функцию в растительной клетке.
Структура комплекса FeSII–нитрогеназа, защищенного O 2. Источник: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-024-08355-3
«Производство функционирующей нитрогеназы в растениях положит начало смене парадигмы в зеленой биотехнологии, и этот небольшой белок может внести решающий вклад в реализацию этой возможности», - заявил Эйнсле.
Источник: University of Freiburg. Автор: Альберт Людвигс.
Заглавное фото: Лукьянов Дмитрий, AgroXXI.ru.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.