Когда зеленые водоросли испытывают недостаток кислорода, они начинают продуцировать водород. Для запуска этого процесса им необходимо этот дефицит кислорода «прочувствовать». В этом им помогают оксид азота и гемоглобин, установили биологи из Рурского университета в Бохуме (Ruhr-Universität Bochum, Германия). Результаты их исследования опубликованы в журнале PNAS, а краткое содержание работы изложено в университетском пресс-релизе.
В человеческом теле гемоглобин переносит кислород от легких к органам, а углекислый газ – от органов к легким. Но гемоглобины имеются не только у животных, они известны, например, у цветковых растений, и у зеленой водоросли Chlamydomonas reinhardtii тоже есть т. н. «усеченный» гемоглобин, функция которого до сих пор была непонятна. Немецким ученым удалось показать, что этот белок играет важную роль для выживания водоросли в бескислородной среде.
Когда нет доступного кислорода, хламидомонада переносит лишние электроны на протоны, образуя водород. Для этого активируется специальная генная программа, и водоросль начинает производить множество новых белков. Но как именно клетка замечает отсутствие кислорода, было неизвестно. Ученые стали искать гены, которые особенно активны в бескислородной среде, и нашли тот, который отвечает за синтез гемоглобина. Когда кислород был в наличии, он бездействовал.
Те хламидомонады, у которых этот ген «выключали», не могли выжить в отсутствие кислорода. Из предыдущих исследований было известно, что у многих организмов гемоглобин нейтрализует оксид азота, переизбыток которого вреден для клеток. Ученые дополнительно удалили из среды оксид азота, ожидая, что водоросли будут чувствовать себя лучше. Но, к их удивлению, роста не наблюдалось. Это означает, что в бескислородной среде гемоглобин и оксид азота действуют сообща.
Оксид азота для многих живых существ является сигнальной молекулой – очевидно, и для хламидомонад тоже. Когда ученые искусственно внесли оксид азота в одноклеточные организмы, заработали гены, которые включались только в бескислородной среде. Таким образом, оксид азота передает клетке специфический сигнал: «Кислорода нет!» – и в этом процессе задействован гемоглобин.
В настоящее время биологи собираются выяснить подробности того, как функционируют эти белковые молекулы у зеленых водорослей, тем более что им удалось обнаружить у них еще 11 генов, связанных с гемоглобинами. То, что клетка нуждается в 12 гемоглобиновых белках, указывает на очень тонкие функциональные настройки каждого из компонентов этой сложной системы.
