التمثيل الضوئي هو أساس الحياة على الأرض التي توفر الغذاء والأكسجين والطاقة التي تدعم الحضارة الإنسانية.
قام العلماء بحل تركيب أحد العناصر الرئيسية لعملية التمثيل الضوئي، وهو اكتشاف قد يؤدي إلى إعادة تصميم التمثيل الضوئي لتحقيق غلات أعلى وتلبية احتياجات الأمن الغذائي العاجلة.
كشفت الدراسة التي أجرتها جامعة شيفيلد “Sheffield” ونشرت أيضًا في مجلة نيتشر “Nature” عن تركيب السيتوكروم b6f cytochrome” b6f” وهو مركب البروتين الذي يؤثر بشكل كبير على نمو النبات عن طريق التمثيل الضوئي.
باستخدام نموذج هيكلي عالي الدقة، وجد الفريق أن بروتين السيتوكروم b6f يوفر التوصيل الكهربائي بين بروتيني الكلوروفيل الذي يعمل بالضوء (Photosystems I and II) الموجود في بلاستيدات الخلايا النباتية التي تحول ضوء الشمس إلى طاقة كيميائية.
وقالت لورنا مالون “Lorna Malone”، أول مؤلفة في الدراسة وطالبة دكتوراه في قسم البيولوجيا الجزيئية والتكنولوجيا الحيوية بجامعة شيفيلد: “أن هذه الدراسة توفر رؤى جديدة مهمة حول كيفية استخدام السيتوكروم b6f للتيار الكهربي الذي يمر عبره لتشغيل “proton battery”، وهي بطارية قابلة لإعادة الشحن تعمل بذاتها على إعادة توصيل الأسلاك بكيفية تشغيل منازلنا ومركباتنا وأجهزتنا، و يمكن استخدام هذه الطاقة المخزنة بعد ذلك في تصنيع ATP، وهي عملة الطاقة للخلايا الحية، وفي نهاية المطاف يوفر هذا التفاعل الطاقة التي تحتاجها النباتات لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى الكربوهيدرات وللنباتات الناتجة لهذه الكربوهيدرات والتي تدعم سلسلة الغذاء العالمية”.
يكشف النموذج الهيكلي عالي الدقة، المصمم باستخدام الميكروسكوب الإلكتروني أحادي الجسيمات، عن تفاصيل جديدة عن الدور الإضافي لـ السيتوكروم b6f كجهاز استشعار لضبط كفاءة التمثيل الضوئي استجابة للظروف البيئية المتغيرة باستمرار، آلية الاستجابة هذه تحمي النبات من التلف أثناء التعرض لظروف قاسية مثل الجفاف أو الضوء الزائد.
أضاف الدكتور مات جونسون “Dr Matt Johnson”، المحاضر في الكيمياء الحيوية بجامعة شيفيلد وواحد من المشرفين على الدراسة: “السيتوكروم b6f هو القلب النابض لعملية التمثيل الضوئي التي تلعب دورًا حاسمًا في تنظيم كفاءة التمثيل الضوئي”.
“لقد أظهرت الدراسات السابقة أنه من خلال معالجة مستويات هذا البروتين، يمكننا أن نزرع نباتات أكبر وأفضل، من خلال الأفكار الجديدة التي اكتُسبت من معرفتنا للسيتوكروم، يُعطى الأمل في إعادة تصميم التمثيل الضوئي بطريقة عقلانية في نباتات المحاصيل لتحقيق أعلى غلة نحتاج إليها بشدة، وذلك لإطعام عدد سكان العالم المتوقع من 9-10 مليار بحلول عام 2050.”
أُجريَ البحث بالتعاون مع مركز أستبيري “Astbury Centre” للبيولوجيا الجزيئية الإنشائية بجامعة ليدز “Leeds”.
يهدف الباحثون الآن إلى تحديد كيفية التحكم في السيتوكروم b6f بواسطة عدد لا يحصى من البروتينات التنظيمية وكيف تؤثر هذه البروتينات التنظيمية على وظيفة هذا المركب.
كتابة: امنية نبيل
مراجعة: عبدالرحمن احمد
تحرير: اسراء وصفى
تصميم: مها محمد
