הסכך האוטומטי של הציאנובקטריה

מחקר של פרופ’ נעם אדיר מהטכניון: כך מגנים חיידקים על מנגנון הפוטוסינתזה שלהם מפני קרינת-יתר

פרופ’ נעם אדיר (משמאל) והדוקטורנט דביר הריס מהפקולטה לכימיה ע”ש שוליך בטכניון

פוטוסינתזה, המוכרת לנו מעולם הצומח, חיונית לכל עולם החי – לא רק לאורגניזמים המבצעים פוטוסינתזה בעצמם. זאת משום שגם בעלי חיים שאינם מבצעים פוטוסינתזה צורכים את תוצר הפוטוסינתזה העיקרי – גלוקוז.

בשל חשיבותו של תהליך זה פיתחו האורגניזמים הפוטוסינתטיים מנגנונים המגנים עליהם מחשיפת-יתר לאור השמש. כפי שהפִילְם במצלמות הקדם-דיגיטליות עשוי להישרף מחשיפה שכזו, גם מערכות הפוטוסינתזה הטבעיות עלולות להשתבש כתוצאה מקרינת-יתר ולהוביל למותו של האורגניזם.

אחד ממנגנוני ההגנה האמורים נחשף כעת במחקר שנערך על ידי פרופ’ נעם אדיר והדוקטורנט דביר הריס מהפקולטה לכימיה ע”ש שוליך בטכניון בשיתוף פעולה עם ד”ר דיאנה קירילובסקי ומעבדתה ממוסד I2BC-CEA שבצרפת. המאמר פורסם לאחרונה בכתב העת המדעי PNAS.

מנגנון ההגנה האמור פוענח בציאנובקטריה (מה שבעבר כינו “אצות כחוליות”). השחקן הראשי במנגנון זה הוא OCP – חלבון המשנה את מבנהו ואת צבעו בתגובה לאור חזק. שינוי זה גורם לבלימת שטף האנרגיה המגיע למרכז הריאקציה הפוטוסינתטית, וזאת על ידי תגובה בין היחידה הפעילה של ה-OCP לבין הפיקובילזום (PBS) – הקומפלקס החלבוני המתפקד כאנטנה לקליטת האור בציאנובקטריה.

“במחקר זה גילינו כיצד ה-OCP גורם לבלימת האנרגיה,” מסביר פרופ’ אדיר. “למעשה, החלבון מתפקד כמתג ביולוגי. בתגובה לאור חזק הוא משתנה, חודר אל תוך ה-PBS, ובולם את מעבר האנרגיה. במצב זה, רוב אנרגיית השמש הנבלעת הופכת בַּדרך לחום מבלי לעבור הלאה מהאנטנה אל עבר מרכזי הריאקציה הפוטוסינתטיים. על פי ניסויים שנערכו בעבר, מנגנון הגנה זה בולם יותר מ-90% מקרינת השמש. ברגע שהקרינה נחלשת חוזר החלבון למצבו הרגיל וזרימת האנרגיה מתחדשת.”

למאמר המלא לחצו כאן

ציאנובקטריה החיים בים או במים מתוקים מגינים על עצמם מקרינת אור עודפת ע”י הפעלת חלבון הקרוטן הכתום (orange carotenoid protein – OCP). ה-OCP מופעל ע”י אור חזק ומשנה את צבעו מכתום לאדום. התמונה מציגה שלושה תאים, האחד באור מלא (למעלה, צבע אדמדם), אחד בצל (למטה, צבע כתמתם) ואחד באמצע. במאמר הוצע מנגנון הפעולה של ה-OCP: אחרי הפעלה הקצה האמיני של החלבון “חופר” לתוך קומפלקס האנטנה שנקרא הפיקוביליזום (Phycobilisome), וע”י כך מונע זרימת האנרגיה אל מרכזי הראקציה.
איור: איתי גולדשמיד