Centrum Algatech

Mikrobiologický ústav AV ČR, v.v.i. - vědecké pracoviště Třeboň

Doktorský/Magisterský projekt

Molekularní mechanismus fotoprotekce ve fotosyntetických proteinech

(školitel: Radek Kaňa)

Fotosyntetické organismy využívají jako hlavní zdroj energie světlo, které je získáváno za pomocí tzv. světlosběrných antén, precizně organizovaného systému proteinových komplexů. V  přírodních podmínkách je tento systém membránových proteinů vystaven přirozeným fluktuacím v intenzitě světla, kdy ne vždy je možné všechno absorbované světlo využít ve fotosyntéze. A jelikož světlo je zároveň i potencionálním zdrojem nebezpečných radikálů, fotosyntetické organismy vyvinuly mechanismus bezpečné disipace absorbovaného světla pro případ jeho nadbytku – takzvaný mechanismus nefotochemického zhášení – NPQ („Non-photochemical quenching“ - viz souhrnný článek Ruban a kol. 2012). NPQ představuje základní způsob regulace efektivity fotosyntézy a jeho detailní znalost je tedy nutná i pro obecnější otázky fotosyntézy jako je umělá fotosyntéza. Přestože je mechanismus NPQ velmi intenzivně zkoumán (viz několik posledních článků v prestižních časopisech Nature; Pascal a kol. 2005; Ruban a kol. 2007), znalosti o něm jsou většinou omezeny na vyšší rostliny. U ostatních, především vodních fotosyntetických mikroorganizmů jako jsou ruduchy, skrytěnky, či rozsivky, je vědecký výzkum zatím spíše na počátku, přestože tyto organismy představují dominantní mikroorganismy v celé řadě ekosystemů.
V tomto projektu se student zapojí do výzkumu molekulárního mechanismu fotoprotekce na úrovni jednotlivých proteinů. Výzkum bude probíhat na pracovišti v Třeboni, které má s danou problematikou celou řadu zkušeností (detailní informace viz poslední články skupiny, Kotabová a kol. 2011, Kaňa et al. 2012, Krupnik et al. 2013, Kirilovsky a kol 2013 a www stránky). Během řešení projektu student získá zkušenosti s izolací fotosyntetických proteinových komplexů z vybraných mikroorganismů (například ruduch, skrytěnek, rozsivek) a naučí se charakterizovat tyto proteinové komplexy pomocí biochemických metod (proteinové složení, obsah pigmentů, velikost apod.). Zároveň bude studovat aktivitu těchto nativních komplexů pomocí fluorescenčních metod a bude studovat jejich fotochemickou efektivitu ve využití světla. Práce na tomto tématu bude zahrnovat také spolupráci s významným pracovištěm v oboru (laboratoř Prof. A Rubana,Queen Mary University of London, Velká Británie – viz články Pascal a kol. 2005; Ruban a kol. 2007) a to včetně možnosti krátkodobého pobytu v laboratořích v Londýně. Předpokládaným výstupem práce studenta pak bude sada nových výsledků, která umožní sestavit model fotoprotekce na úrovni izolovaných proteinů.

Další detaily lze nalézt na našich stránkách našich stránkách

Literatura:

[1] Kirilovsky D, Kaňa R, Prášil O. (2013). “Mechanisms Modulating Energy Arriving at Reaction Centers in Cyanobacteria”. In “Advances in Photosynthesis and Respiration Including Bioenergy and Related Processes”, editor Demmig-Adams; Adams; Garab; and Govindjee, Springer International, vol 39, in press

[2] T. Krupnik, E. Kotabová, L.S. van Bezouwen, R. Mazur, M. Garstka, P.J. Nixon, J. Barber, R. Kaňa, E.J. Boekema, J. Kargul, A reaction centre-dependent photoprotection mechanism in a highly robust photosystem II from an extremophilic red alga Cyanidioschyzon merolae, The Journal of Biological Chemistry, 288 (2013) 23529-23542 

[3] R. Kaňa, E. Kotabová, R. Sobotka, O. Prášil, Non-Photochemical Quenching in Cryptophyte Alga Rhodomonas salina Is Located in Chlorophyll a/c Antennae, PLoS One, 7 (2012) e29700 - pdf

[4] E. Kotabova, R. Kaňa, J. Jaresova, O. Prasil, Non-photochemical fluorescence quenching in Chromera velia is enabled by fast violaxanthin de-epoxidation, FEBS Lett., 585 (2011) 1941-1945

[5] Kaňa R., Vass I (2008) Thermoimaging as a tool for studying of light-induced heating of leaves – role reduction in efficiency of photosystem II photochemistry and non-photochemical quenching. Env. Exp. Bot. 64(1), 90-96. - pdf

[6] A.V. Ruban, M.P. Johnson, C.D.P. Duffy, The photoprotective molecular switch in the photosystem II antenna, Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics, 1817 (2012) 167-181.

[7] A.V. Ruban, R. Berera, C. Ilioaia, I.H.M. van Stokkum, J.T.M. Kennis, A.A. Pascal, H. van Amerongen, B. Robert, P. Horton, R. van Grondelle, Identification of a mechanism of photoprotective energy dissipation in higher plants, Nature, 450 (2007) 575-U522.

[8] A.A. Pascal, Z.F. Liu, K. Broess, B. van Oort, H. van Amerongen, C. Wang, P. Horton, B. Robert, W.R. Chang, A. Ruban, Molecular basis of photoprotection and control of photosynthetic light-harvesting, Nature, 436 (2005) 134-137.