Nieuw onderzoek naar een enzym dat essentieel is voor fotosynthese en al het leven op aarde heeft een belangrijke bevinding in zijn structuur blootgelegd die onthult hoe licht kan interageren met materie om een ​​essentieel pigment voor het leven te maken.

Het werk geeft een structureel inzicht in hoe een door licht geactiveerd enzym dat betrokken is bij de chlorofylsynthese werkt. Door licht geactiveerde enzymen zijn zeldzaam van aard, waarvan er maar drie bekend zijn. Dit enzym in het bijzonder genaamd protochlorophyllide oxidoreductase of 'POR', is verantwoordelijk voor het vitaal maken van het pigment voor chlorofyl in planten. Zonder chlorofyl, er is geen fotosynthese en geen plantenleven.

Het begrijpen van de structuur van het POR-enzym geeft een zeldzame glimp van hoe een natuurlijk licht-geactiveerd enzym werkt. Zowel scheikundigen als biowetenschappers zijn al vele jaren gefascineerd door lichtactivering van biologische katalyse en het was een grote uitdaging om te begrijpen hoe licht enzymreacties kan aansturen. De onthulde structuur laat zien hoe de architectuur van het enzym een ​​van de reactanten in staat stelt om licht op te vangen en te kanaliseren om een ​​cruciale biologische reactie aan te sturen die betrokken is bij de chlorofylsynthese. Het begrijpen van deze fundamentele concepten zou grote implicaties moeten hebben voor het ontwerp van nieuwe door licht geactiveerde chemische en biochemische katalysatoren die steeds belangrijker worden bij het gebruik van enzymen bij de productie van chemicaliën.

Het onderzoek onder leiding van de Universiteit van Manchester, samen met collega's in China (Chinese Academy of Agricultural Sciences, Shanghai Jiao Tong-universiteit, Zhejiang University of Technology en Qi Institute), wordt vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Natuur . Professor Nigel Scrutton zei over de nieuwe ontdekking:"Deze studies onthullen hoe het POR-enzym de door licht gestuurde reductie van het pigment Pchlide teweegbrengt. Onze studies bieden een structurele basis voor het benutten van lichtenergie om katalyse in dit belangrijke chlorofyl-biosynthetische enzym aan te drijven, wat cruciaal is voor licht-naar-chemische energieconversie en energiestroom in de biosfeer."

Dr. Derren Heyes voerde verschillende experimenten uit voor het nieuwe onderzoek, hij zei:"De kristalstructuur van dit belangrijke door licht geactiveerde enzym is jarenlang ongrijpbaar gebleken. Ons huidige werk biedt de cruciale ontbrekende schakel tussen eiwitstructuur en reactiechemie en maakt de weg vrij voor gedetailleerde computationele studies van de reactie in de toekomst."

Door voor het eerst zo'n fundamenteel aspect van biologisch leven aan te tonen, leren we hoe het proces in de cellen wordt uitgevoerd om fotosynthese mogelijk te maken. Het team ontdekte dat lichtenergie een van zijn substraten activeert, protochlorofyllide, een voorloper van chlorofyl, binnen het enzym om 'stroomafwaartse' bindingen te verbreken en reacties te veroorzaken.

Deze nieuwe ontdekking laat zien dat we nog steeds de belangrijkste bouwstenen van het leven aan het ontrafelen zijn die miljarden jaren ouder zijn dan de mens. Deze grote wetenschappelijke doorbraak geeft een uniek structureel en fysiek inzicht in een fundamentele reactie in de natuur. Dit zou de deur kunnen openen naar de mogelijkheid om in de toekomst door kunstmatige licht geactiveerde enzymen te ontwikkelen.