Dankzij computersimulaties denken Groningse onderzoekers eindelijk te weten hoe de thylakoïdemembranen in chloroplasten in elkaar zitten. Dat kan nieuwe inzichten opleveren in fotosynthese, schrijven Floris van Eerden, Siewert Marrink en collega’s in het tijdschrift BBA Biomembranes.

Die thylakoïdemembranen vormen kleine blaasjes in chloroplasten en cyanobacteriën, en in deze membranen vinden een aantal van de fotosynthetische reacties plaats. Ze zijn voornamelijk opgebouwd uit speciale lipiden met een suikergroep, en er zijn sterke aanwijzingen dat deze lipiden essentieel zijn voor de fotosynthese.

Maar binnenin een chloroplast kun je die membranen niet gemakkelijk in detail observeren. En als je de componenten extraheert en in vitro weer bij elkaar voegt, vormt zich wel een membraan maar beslist niet het goede. Om te beginnen ontstaat er geen lipide bilaag, terwijl dat in de chloroplast juist wél gebeurt.

Welke lipiden het zijn, is wél bekend. Bij zowat alle fotosynthetiserende soorten zie je dezelfde mix van vier lipiden, al verschilt de lengte van de ’staarten’ een beetje. Drie van de vier vormen van nature een lipide bilaag maar de meest prominente component prefereert een omgekeerde hexagonale fase. Er is dan ook wel eens gesuggereerd dat de lipiden in een echt thylakoïdemembraan niet egaal zijn gemengd maar in afzonderlijke groepjes clusteren.

Het Groningse onderzoek suggereert dat dat laatste alvast niet klopt. De computersimulaties, eerst op grofkorrelig en daarna op atomair niveau, probeerden telkens ruim tweeduizend moleculen in een natuurlijke mengverhouding aan elkaar te passen in een energetisch zo gunstig mogelijk patroon. Daarbij werd zowel een karakteristieke mix van cyanobacteriën als eentje van planten uitgeprobeerd.

En dan zie je dat sommige lipide-‘koppen’ wel een zekere voorkeur hebben voor een bepaalde buurman en dat dat bij de planten wellicht iets uitgesprokener is dan bij de bacteriën. Maar vanaf een afstandje zien de membranen er tamelijk homogeen uit. Van Eerden en collega’s sluiten niet helemaal uit dat er lipiden clusteren, maar dat zou dan moeten gebeuren onder invloed van eiwitten of cofactoren die niet in de simulatie zaten.

Er komt echter ook uit dat er heel weinig voor nodig is om de héle membraan-organisatie te laten omklappen van bilaag naar hexagonaal. Bij de plant gaat dat nog iets gemakkelijker dan bij de bacterie, wiens membraan sowieso wat stugger lijkt. Voor de transformatie lijkt het al voldoende als er iets te weinig omringende watermoleculen aanwezig zijn.

Onderzoekers in Wageningen hebben deze transformatie inmiddels ook in vitro waargenomen in thylakoïden uit spinazie. Gesuggereerd wordt dat die zich zo kunnen aanpassen aan de intensiteit van het (zon)licht.

bron: RUG