Neuer Photorezeptor gibt Aufschluss darüber, wie Cyanobakterien Farben „sehen“.

Wissenschaftler der Tokyo Metropolitan University haben einen neuen Photorezeptor in Cyanobakterien identifiziert, dessen Struktur teilweise verändert wurde, wodurch er empfindlich auf grünes/blaues Licht reagiert. Der Photorezeptor gehört zu einer Familie, die im Allgemeinen empfindlich auf rotes/grünes Licht in der Umgebung reagiert.

Sie identifizierten die Teile seiner Aminosäurestruktur, die für dieses Verhalten verantwortlich sind; Ihre Modifikation stellte die Empfindlichkeit gegenüber rotem und grünem Licht wieder her, ein bemerkenswertes Beispiel für molekulare „Plastizität“ in Aktion.

Cyanobakterien, auch Blaualgen genannt, spielen eine äußerst wichtige Rolle bei der Gestaltung der natürlichen Welt, wie wir sie kennen. Sie waren die ersten Organismen auf der Erde, die Sauerstoff produzierten, indem sie Licht nutzten, um Wassermoleküle aufzuspalten.

Der gleiche chemische Prozess ist ein entfernter Verwandter der in Pflanzen beobachteten Photosynthese. Die chemischen Geräte, die diese Prozesse in Cyanobakterien erleichtern, sind als Cyanobacteriochrome (CBCRs) bekannt, für Cyanobakterien spezifische Photorezeptoren; Hierbei handelt es sich um Konstrukte auf Aminosäurebasis, die sie nicht nur für die Menge, sondern auch für die Farbe des Lichts in ihrer Umgebung empfindlich machen und ihnen helfen, sich zu akklimatisieren, um Energie so effizient wie möglich umzuwandeln.

Doch wie genau unterscheiden Cyanobakterien Farben? Im Fall von CBCRs binden sie eine Chemikalie, die eine chemische Gruppe namens lineares Tetrapyrrol enthält. Es gibt eine breite Palette linearer Tetrapyrrolpigmente, deren Farbreaktion durch die Länge der „konjugierten“ Elektronenwolke bestimmt wird, die sie durchquert.

Beispielsweise wird Phycocyanobilin (PCB), ein blaues Pigment, an ein CBCR gebunden und hilft ihm, auf rotes oder grünes Licht zu reagieren, indem es je nach Verhältnis von rotem und grünem Licht in der Umgebung reversibel zwischen zwei verschiedenen Absorptionszuständen wechselt.

Im Gegensatz dazu reagiert Phycoviolobilin (PVB), ein rosa Pigment, das an CBCR bindet, ähnlich auf violettes oder gelbes Licht. Interessanterweise sind PCB und PVB ein Paar von „Isomeren“ in dem Sinne, dass sie die gleiche chemische Zusammensetzung haben, aber Doppelbindungen an unterschiedlichen Positionen aufweisen, was ihre Farbe dramatisch ändert.

Die Art und Weise, wie Pigmente an CBCRs binden, hängt bemerkenswert empfindlich von ihrer spezifischen Struktur ab, die durch ihre Aminosäuresequenz bestimmt wird, aber die Art und Weise, wie verschiedene Pigment/CBCR-Paare eine Vielzahl von Reaktionen auf Licht hervorrufen, ist noch nicht vollständig bekannt verstanden.

Jetzt hat ein Forscherteam unter der Leitung von Associate Professor Rei Narikawa von der Tokyo Metropolitan University ein weiteres Puzzleteil aufgedeckt und einen neuen CBCR aus der Familie der Photorezeptoren entdeckt, der voraussichtlich empfindlich auf rotes und grünes Licht reagiert. Der Artikel wird in der Zeitschrift veröffentlicht Die Wissenschaft der Proteine.

Dieses CBCR bindet auf einzigartige Weise an PVB, das rosa Pigment, und reagiert auf grünes oder türkisfarbenes Licht. Angesichts der Unterschiede bei der Bindung von CBCRs an normales PVB kam das Team zu dem Schluss, dass das Pigment auf neue und andere Weise an CBCR bindet.

Durch sorgfältige Analyse der Struktur identifizierten sie außerdem drei wichtige Aminosäurereste, die ihrer Meinung nach für diese ungewöhnliche Reaktion verantwortlich sind. Nach der Modifizierung könnte der neu veröffentlichte CBCR dazu führen, dass sich PVB in PCB (das blaue Pigment) umwandelt und so die Empfindlichkeit gegenüber rotem und grünem Licht wiederhergestellt wird.

Das Buch beleuchtet die bemerkenswerte Vielfalt und „Plastizität“ von CBCRs sowie ihre Fähigkeit, geformt oder verändert zu werden, und erweitert so unser Verständnis darüber, wie Cyanobakterien die Welt in Farbe „sehen“ können.