Højhastighedsfilmning afslører proteinændringer under fotosyntesen

Fotosyntese er den primære energikilde for næsten alt liv på jorden. En ny undersøgelse, udgivet i Natur , give ny indsigt i, hvordan evolution har optimeret de lysdrevne bevægelser af elektroner i fotosyntesen for at opnå næsten perfekt samlet effektivitet.

Næsten alt liv på jorden har de energitransducerende reaktioner ved fotosyntese som deres primære energikilde. Disse lysdrevne reaktioner forekommer i planter, alger og fotosyntetiske bakterier.

En røntgenstruktur af et protein giver forskere mange oplysninger om, hvordan de udfører deres biologiske opgave i en levende celle.

Røntgenfilm viser strukturelle ændringer inden for et protein

I dette arbejde brugte forskere en metode kaldet tidsopløst røntgenkrystallografi til at lave en film med strukturelle ændringer inden for proteinet, der er ansvarlig for de lysdrevne kemiske reaktioner ved fotosyntese. For at opnå dette brugte forskere ved universitetet i Göteborg en verdensførende røntgenkilde i Californien (en røntgenfri elektronlaser) til at undersøge, om der opstår strukturelle omlægninger inden for fotosyntetiske proteiner på den tid, det tager lys at krydse et hår af dit hoved. Bemærkelsesværdigt, disse målinger viste, at proteinet ændrer struktur på denne tidsskala.

Subtile bevægelser i proteinet blev set

Forskere ved universitetet i Göteborg observerede, at disse bevægelser var meget subtile, med både elektrondonoren (en kemisk gruppe, der absorberer lys og frigiver en elektron) og elektronacceptoren (en kemisk gruppe, der er placeret 2 nm væk, og som modtager denne elektron), der bevæger sig mindre end 0,03 nm (1 nm =10 ^-9 m eller en milliontedel af en millimeter) i 300 ps (1 ps =10 ^-12 sek kaldes et picosekund og er en milliontedel af en milliontedel af et sekund).

Proteinet som helhed ændrede også struktur meget lidt for at forhindre, at elektronen vendte tilbage til det sted, hvor det begyndte, hvilket ellers ville gøre reaktionen ubrugelig. Disse resultater er grundlæggende for, hvordan evolution har optimeret energitransducerende proteiner over milliarder af år for at give dem mulighed for at udføre redoxreaktioner, uden at energi går tabt i processen.

"Tidsopløste krystallografiundersøgelser af et fotosyntetisk protein fra bakterier afslører, hvordan lysinducerede elektronbevægelser stabiliseres af proteinstrukturændringer, der forekommer på en tidsskala af picosekunder, "siger Richard Neutze, professor ved universitetet i Göteborg.