Enzym, který změnil svět – opravy fotosystému dva

Fotosystém dva (PSII, Vesmír 91, 389, 2012/7) je složitý enzymatický komplex. Je součástí tylakoidních membrán cyanobakterií (sinic) a chloroplastů rostlin. Tyto organismy štěpí pomocí světelné energie vodu a tvoří sloučeniny bohaté na energii, které jsou potřebné pro fixaci oxidu uhličitého v oxygenní (kyslíkaté) fotosyntéze. Prvním krokem je oddělení elektrických nábojů (protonů a elektronů) z molekuly vody. To probíhá na molekule chlorofylu v reakčním centru fotosystému dva. Proteiny tohoto centra, zvláště dvě molekuly označované D1 a D2, často poškozuje sluneční záření a musejí být vyměněny.

Nejnovější výzkum překvapivě ukazuje, že se u sinic rodu Synechocystis vyskytují také dosud neznámé komplexy PSII bez reakčních center (non reaction center – NRC). Tvoří je pouze proteiny a chlorofyly vnitřního světlosběrného komplexu PSII, které za běžných okolností do reakčních center soustřeďují zářivou energii (sinice mají na povrchu tylakoidů ještě vnější světlosběrné komplexy, fykobilizomy). Důvodem vzniku takových komplexů je zřejmě výhodné oddělení často opravovaných reakčních center od stálejších vnitřních světlosběrných komplexů PSII. Dočasně se také snižuje excitační energie dopadající do komplexu NRC a předchází se případnému fotochemickému poškození světlosběrných proteinů. Životní cyklus PSII u studované sinice – jeho skládání, opravy a opětovné skládání – byl tedy upřesněn. Nyní je potřeba důkladně prostudovat strukturu komplexu NRC a lépe poznat dynamiky opravného cyklu PSII. Zajímavá je otázka, zda NRC vzniká také u zelených rostlin, jejichž chloroplasty přece kdysi vznikly endosymbioticky z buněk sinic.

Titulek aktuality není přehnaný, neboť vznik PSII a oxygenní fotosyntézy u sinic před téměř třemi miliardami let obohatil atmosféru o kyslík. Vyvinula se biosféra, jak ji známe dnes, a fotosystém dva nyní zásobuje chemickou energií téměř veškerý život na Zemi.

Weisz D. A. et al.: PNAS 116, 21907–21913, 2019. DOI: 10.1073/pnas.1909644116