Zespół uczonych pod kierownictwem prof. Gary’ego Brudviga i dr Christophera Gisriela wykorzystał mikroskopię krioelektronową do badań sinic z rodzaju Synechocystis. Udało się podejrzeć działanie fotoukładu II, kluczowego systemu biorącego udział w fotosyntezie.
Fotosynteza pod lupą
Fotosynteza jest jednym z najefektywniejszych energetycznie procesów na Ziemi. Dzięki niej rośliny i niektóre mikroorganizmy (jak Synechocystis) wykorzystują światło słoneczne do produkcji energii z dwutlenku węgla i wody. Produkt uboczny tych reakcji to życiodajny dla nas tlen.
Sercem fotosyntezy jest fotoukład II, czyli kompleks białek występujących w tylakoidach roślin, glonów i sinic. Fotoukład II utlenia cząsteczki wody, pobierając z nich elektrony i wykorzystując jako paliwo. Naukowcy od dawna poszukiwali sposobów naśladowania tego procesu, aby stworzyć wydajniejsze katalizatory paliw słonecznych. Bez poznania obrazu fotoukładu II nie było to możliwe.
W nowym badaniu, naukowcy zobaczyli fotoukład II występujący w Synechocystis w dojrzałej, aktywnej formie, ze wszystkimi podjednostkami białkowymi, które są potrzebne podczas utleniania wody. Obserwacje były możliwe dzięki zaawansowanemu mikroskopowi krioelektronowemu.
Przy tej rozdzielczości możemy zobaczyć aminokwasy, małe cząsteczki kofaktorów i cząsteczki wody, które są wykorzystywane w mechanizmie utleniania wody. W niektórych przypadkach możemy nawet dostrzec wkład pojedynczych protonów.prof. Gary Brudvig
Dzięki nowemu, molekularnemu spojrzeniu na fotoukład II z Synechocystis naukowcy będą w stanie wprowadzać drobne zmiany do enzymu, jak mutacje poszczególnych aminokwasów. To z kolei pozwoli na stworzenie wydajniejszych katalizatorów.
Głównym celem jest zrozumienie chemii utleniania wody. To, co tutaj zrobiliśmy, stanowi platformę, z której możemy zdekonstruować system, zapewniając zasady projektowania syntetycznych katalizatorów paliwa słonecznego.dr Christopher Gisriel