Hoe het lichtgevoelige deel van het biomolecuul fytochroom verandert van een licht-aangepaste toestand naar een donker-aangepaste toestand is onderzocht door onderzoekers van Ruhr-Universität Bochum en Philipps-Universität Marburg. Tot dusver, de structuren van slechts enkele lichtgevoelige biomoleculen zijn bekend - en alleen voor de eindtoestanden in licht en duisternis, maar niet voor de tussenstappen. Met behulp van verschillende spectroscopische methoden, het team van Bochum-Marburg is er nu in geslaagd nieuwe inzichten te verwerven in dynamische structuurveranderingen.

De groep onder leiding van professor Enrica Bordignon uit Bochum en professor Oliver Essen uit Marburg beschrijft de bevindingen in het tijdschrift Structuur , online gepubliceerd op 20 september 2018.

Onderzoek naar door licht gestuurde structurele veranderingen

"Lichtgevoelige biomoleculen zoals fytochromen uit planten zijn interessant voor verschillende toepassingen, bijvoorbeeld in de landbouw, waar een verandering in fytochroom de groeigewoonten van planten zou kunnen optimaliseren, of voor optogenetische hulpmiddelen die het mogelijk maken om de activiteit van genetisch gemodificeerde cellen in het levende lichaam met licht te controleren, " zegt Enrica Bordignon, hoofd van de EPR-spectroscopiewerkgroep van Bochum. Inzichten in hoe de fotoreceptoren hun ruimtelijke structuur veranderen wanneer ze worden blootgesteld aan licht, zouden deze toepassingen kunnen bevorderen. "Tot dusver, echter, het was een uitdaging om deze processen te ontcijferen met atomaire resolutie, ", legt promovendus Tufa Assafa uit.

De onderzoekers analyseerden een fytochroommolecuul van cyanobacteriën met behulp van een speciale vorm van massaspectrometrie en een spectroscopische methode die elektronenspinresonantie wordt genoemd. In tegenstelling tot andere methoden, ze waren in staat om het molecuul in oplossing te bestuderen en de structurele veranderingen ervan te volgen zonder het te hoeven kristalliseren. Ze observeerden verschillende karakteristieke structurele veranderingen in het lichtgevoelige segment van het fytochroom en creëerden een model dat de door licht getriggerde conversiestappen laat zien. In aanvulling, het team liet zien dat voor verschillende fytochromen, er is een universeel mechanisme voor de transformatie van de aan het donker aangepaste naar de aan het licht aangepaste staat.