Kredit:CC0 Public Domain
Ny forskning i et enzym, der er essentielt for fotosyntese og alt liv på jorden, har afsløret et nøglefund i dets struktur, som afslører, hvordan lys kan interagere med stof og danne et essentielt pigment for liv.
Værket giver en strukturel forståelse af, hvordan et lysaktiveret enzym involveret i klorofylsyntese virker. Lysaktiverede enzymer er sjældne i naturen, med kun tre kendte. Især dette enzym, kaldet protochlorophyllidoxidoreduktase eller 'POR', er ansvarlig for at gøre pigmentet afgørende for klorofyl i planter. Uden klorofyl, der er ingen fotosyntese og intet planteliv.
At forstå strukturen af POR-enzymet giver et sjældent glimt af, hvordan et naturligt lysaktiveret enzym virker. Både kemikere og biovidenskabsmænd har været fascineret af lysaktivering af biologisk katalyse i mange år, og det har været en stor udfordring at forstå, hvordan lys kan drive enzymreaktioner. Den afslørede struktur viser, hvordan enzymets arkitektur tillader en af reaktanterne at fange lys og kanalisere det til at drive en afgørende biologisk reaktion involveret i klorofylsyntese. Forståelse af disse grundlæggende begreber bør have store konsekvenser for udformningen af nye lysaktiverede kemiske og biokemiske katalysatorer, som er stadig vigtigere i brugen af enzymer i kemisk fremstilling.
Forskningen ledet af University of Manchester, sammen med kolleger i Kina (Chinese Academy of Agricultural Sciences, Shanghai Jiao Tong Universitet, Zhejiang University of Technology og Qi Institute), offentliggøres i dag i tidsskriftet Natur . Professor Nigel Scrutton sagde om den nye opdagelse:"Disse undersøgelser afslører, hvordan POR-enzymet medfører lysdrevet reduktion af pigmentet Pchlide. Vores undersøgelser giver et strukturelt grundlag for at udnytte lysenergi til at drive katalyse i dette vigtige klorofyl biosyntetiske enzym, som er afgørende for lys-til-kemisk energiomdannelse og energiflow i biosfæren."
Dr. Derren Heyes kørte flere af eksperimenterne til den nye forskning, han sagde:"Krystalstrukturen af dette vigtige lysaktiverede enzym har vist sig at være uhåndgribelig i mange år. Vores nuværende arbejde giver det afgørende manglende led mellem proteinstruktur og reaktionskemi og baner vejen for detaljerede beregningsstudier af reaktionen i fremtid."
At demonstrere et så fundamentalt aspekt af biologisk liv for første gang fortæller os, hvordan processen i cellerne udføres for at tillade fotosyntese at finde sted. Holdet opdagede, at lysenergi aktiverer et af dets substrater, protochlorophyllid, en forløber for klorofyl, inde i enzymet for at drive 'nedstrøms' bindingsbrud og lave reaktioner.
Denne nye opdagelse viser, at vi stadig er ved at optrevle de kernebyggesten i livet, som er milliarder af år før mennesker. Dette store videnskabelige gennembrud giver en unik strukturel og fysisk indsigt i en fundamental reaktion i naturen. Dette kan åbne døren for muligheden for at bioteknologiske kunstige lys-aktiverede enzymer i fremtiden.