Fotosynteza daje roślinom życie i... przy okazji nam

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.

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.

Reklama

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