Nowe katalizatory coraz bliżej. Naukowcy podejrzeli proces fotosyntezy

Chemicy z Uniwersytetu Yale rozszyfrowali działanie enzymu biorącego udział w fotosyntezie. Odkrycie to może przyczynić się do powstania nowej generacji syntetycznych katalizatorów działających pod wpływem światła słonecznego.
Fotosynteza daje roślinom życie i… przy okazji nam
Fotosynteza daje roślinom życie i… przy okazji nam

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.

Ilustracja fotoukładu II /Fot. Yale University

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