Fotosinteza se kod vaskularnih biljka provodi na tilakoidnim membranama staničnih organela-kloroplasta. Fotosinteza je biokemijski proces pretvorbe svjetlosne energije u kemijsku, u obliku ATP-a i NADPH. Različiti mehanizmi zaduženi su za regulaciju toka elektrona u fotosintetskom aparatu. Identifikacija i funkcionalna karakterizacija novih proteina uključenih u ove procese naša su specijalnost. Na slici: gibanje kloroplasta u biljnim stanicama zabilježeno laserskim pretražnim mikroskopom.

Mehanizmi kontrolirani proteinom TROL (Thylakoid rhodanase-like)

Nedavno smo klonirali i molekularno karakterizirali protein TROL. TROL je integralni protein tilakoidnih membrana smješten u blizini fotosustava I (PSI). TROL posjeduje nekoliko domena koje obavljaju različite funkcije u procesima prijenosa elektrona. U središnjem dijelu ovaj protein sadrži tzv. rodanaznu domenu (RHO). Rodanaze i CDC25 fosfataze dijele sličnu evolucijsku povijest. Rodanazne domene uključene su u metabolizam sumpora dok CDC25 fosfataze reguliraju stanični ciklus kod gotovo svih eukariota. Na karboksi-terminalnom kraju proteina nalazi se ITEP domena zadužena za vezanje feredoksin-NADP+ oksidoreduktaze (FNR), enzima koji katalizira završni prijenos elektrona u fotosintezi i to s feredoksina na NADP+. RHO i ITEP međusobno su povezane domenom PEPE bogatom prolinom. Ova domena najvjerojatnije

ima regulatornu ulogu u dinamičkom vezanju FNR-a. Uporabom tehnika genetičkog inženjerstva stvorili smo biljke koje imaju izmijenjeni TROL, tj. pojedine njegove domene su modificirane ili uklonjene. Ove biljke koristimo za biokemijske i biofizičke analize koje nam omogućavaju uvid u složene procese protoka elektrona u fotosintezi.  

Prijelazi stanja regulirani proteinom TLP40

TLP40 prvi je složeni imunofilin lokaliziran u lumenu tilakoida. TLP40 i njegov ortolog CYP38 uključeni su u regulaciju defosforilacije proteina povezane s molekularnim mehanizmom regulacije poznatim kao State-transitions. Prijelazi stanja regulirani su tilakoidnim proteinskim kinazama i fosfatazama kao i drugim pomoćnim proteinima. TLP40 smješten je u lumenu fotosintetskih membrana gdje stvara dimere koristeći amino-terminalnu domenu leucinskog zatvarača. Biljke Arabidopsis thaliana koje imaju isključen gen koji kodira ortolog TLP40, CYP38, zakržljalog su rasta (M13 mutante).

Biofizička mjerenja korištenjem tehnike pulse amplified modulation (PAM) ukazuju na to da su ove biljke zakoćene u stanju II (State II). Time smo pokazali da CYP38 kontrolira procese defosforilacije in vivo.

Metabolički inženjering cijanobakterija

Cijanobakterije Synechocistis PCC6803 prokariotski su predci današnjih kloroplasta. Cijanobakterije imaju približno 3500 gena pa je kod njih znatno jednostavnija karakterizacija gena s nepoznatom funkcijom. Osim toga cijanobakterije provode procese fotosinteze koji su jako podudarni s onima koji se odvijaju u kloroplastima. Međutim, cijanobakterije koriste i alternativne mehanizme dobivanja energije koji se temelje na enzimima hidrogenazama. Kao produkt aktivnosti hidrogenaza stvara se plin vodik. Razvoj sustava za biološku produkciju plina vodika u središtu je naših istraživanja metaboličkog inženjeringa cijanobakterija.

Članovi grupe

Dr. sc. Lea Vojta, znanstvena suradnica

Dr. sc. Snježana Jurić

Dr. sc. Ana Tomašić Paić

Renata Hanzer, doktorand

Dipl. inž. Lucija Horvat

Marta Čorić, diplomantica

Morana Novak, diplomantica

Suradnje

Prof. dr. sc. Hrvoje Lepeduš, Poljoprivredni institut Osijek, dr. sc. Domagoj Šimić, Poljoprivredni institut Osijek, prof. dr. sc. Vera Cesar, Odjel za biologiju, Sveučilište "J.J. Strossmayera" u Osijeku, prof. dr. sc. Marko Jelić, Veleučilište "Marko Marulić", Knin, doc. dr. sc. Željka Vidaković Cifrek, Biološki odjel, PMF, Zagreb, prof. dr. sc. Mario Cifrek, FER, Zagreb

Prof. J.F. Allen, Queen Mary University of London, UK, Prof. Karin Krupinska, Christian-Albrechts Universitaet, Kiel, Njemačka, Prof. Bernd Zechmann, Institute of Plant Sciences, University of Graz, Austrija, PD Veronica Maurino, Henrich Heine Universitaet, Duesseldorf, Njemačka, Prof. Enrico Schleiff, Goethe Universitaet, Frankfurt, Njemačka