Vědcům z Jihočeské univerzity a Biologického centra Akademie věd v Českých Budějovicích se podařilo významně posunout jejich vlastní výzkum způsobu, jakým rostliny přeměňují část přebytečné sluneční energie na teplo. Dokázali totiž nejen na simulátoru, ale i v reálných podmínkách popsat „obranný mechanismus“ rostlin vůči „přehřátí“. O významu tohoto objevu svědčí fakt, že jeho závěry otiskl prestižní vědecký časopis Nature Communications.
Až donedávna se totiž nevědělo, jakým způsobem vlastně rostliny „odbourávají“ přebytky energie, kterou dostanou ze Slunce a přitom jí zcela nedokáží využít v rámci fotosyntézy. Fotosyntéza zajišťuje přeměnu světelného záření na energii, kterou rostliny potřebují k zajištění všech svých životních funkcí. Pokud by ale rostlina absolvovala příliš velké množství energie, mohlo by jí to naopak ublížit.
Jak rostliny dokáží tento problém vyřešit, odhalili částečně jihočeští vědci za široké mezinárodní pozornosti už před sedmi lety. Tehdy jejich výzkum zveřejnil časopis Nature Chemical Biology. Týmy profesora Tomáše Polívky z Přírodovědecké fakulty Jihočeské Univerzity a doktora Romana Sobotky z Centra Algatech v Třeboni se totiž pokusily odhalit tajemství přeměny sluneční energie na teplo v rostlinách trochu jinou cestou než se o to pokoušeli jejich předchůdci.
Předchozí pokusy o prozkoumání toho mechanismu ztroskotaly na tom, že energetická přeměna probíhá v tomto případě tak rychle, že je prakticky nezměřitelná. Jihočeští vědci se proto pokusili celý proces prozkoumat na „simulátoru“, konkrétně na sinicích. U nich sice proces přeměny světelné energie na teplo také proběhne v biliontinách sekundy, přesto je le o něco málo pomalejší než u rostlin. „A tudíž je ho možné změřit,“ řekl portálu „sciencezoom“ Tomáš Polívka.
Díky této „simulaci“ se vědcům vůbec poprvé podařilo fyzikálně popsat a pochopit celý mechanismus, kterým se sinice (zjednodušeně řečeno) zbavují přebytečné světelné energie a který později evolucí přešel na rostliny. Stále se však jednalo o „simulaci“.
Jihočeští vědci však ve výzkumu pokračovali a nyní se jim podařilo objev ještě významně posunout. Dokázali totiž přímo izolovat takzvané LHC proteiny (LHC-like proteiny), které jsou zjevně zodpovědné právě za přeměnu energie v rostlinách na teplo. Na rozdíl od světlosběrných komplexů, známých pod zkratkou LHC (Light Harvesting Complexes) se totiž neúčastní světlosběrných procesů, ale nějakým způsobem ochraňují fotosyntetický aparát právě před poškozením nadměrnou ozářeností.
„Jinými slovy řečeno: jestliže světloměrné (LHC) komplexy fungují jako jakési rostlinné solární panely pro výrobu energie pro rostlinu, LHC-like proteiny zajišťují, aby se panel nepřehřál a rostliny naopak nepoškodil,“ řekl portálu „sciencezoom“ Roman Sobotka.
LHC proteiny jsou v zelených částech rostlin velmi hojné a lze je proto bez velkých obtíží izolovat. LHC-like proteiny jsou však naopak přítomny v mnohem nižším množství, takže je jejich izolace přímo z rostliny prakticky nemožná.
Jihočeští vědci ale dokázali tento problém vyřešit tím, že geneticky upravili modelovou sinici (Synechocystis 6803) tak, aby produkovala několik různých LHC-like proteinů. Ty se podařilo naizolovat v potřebném množství a prokázat, že vážou molekuly chlorofylů a karotenoidů, a jsou také schopné měnit světlo na tepelné záření podobně jako “pravé“ LHC rostlin.
Produkce mutovaných LHC-like proteinů a také využití geneticky modifikovaných kmenů Synechocystis s pozměněným spektrem karotenoidů, umožnilo porozumět mechanismu vazby pigmentů na LHC-like proteiny.
Skupina prof. Tomáše Polívky poté analyzovala izolované LHC-like proteiny pomocí femtosekundové spektroskopie, techniky, která umožňuje zachytit extrémně rychlé procesy na molekulární úrovni. Pomocí této techniky se podařilo objasnit, jaký fyzikální proces umožňuje přenos energie z chlorofylu na karotenoid a následnou konverzi na tepelné záření v pouhých několika biliontinách sekundy.
I když laikům může popis konkrétní funkce LHC-like proteinů připadat velmi složitý, ve zkratce jde skutečně o to, že vědci tentokrát jako první na světě popsali přeměnu sluneční energie na teplo nejen na simulátoru (což může vyvolat určité pochybnosti o naprosté shodě s realitou), ale i na izolovaných „skutečných“ proteinech.
