Tijdsopgeloste infraroodspectroscopie in het submilliseconde bereik is een belangrijke methode om de relatie tussen functie en structuur in biologische moleculen te bestuderen. Echter, de methode werkt alleen als de reactie vele duizenden keren kan worden herhaald. Dit is niet het geval voor een groot aantal biologische processen, Hoewel, omdat ze vaak gebaseerd zijn op zeer snelle en onomkeerbare reacties, bijvoorbeeld in visie. Individuele lichtquanta die de staafjes van het netvlies binnenkomen, activeren de rhodopsine-eiwitmoleculen, die vervolgens vervallen na het vervullen van hun fototransductiefunctie.

Nu heeft een team onder leiding van Dr. Ulrich Schade (HZB) en Dr. Eglof Ritter (Humboldt-Universität zu Berlin) bij de IRIS-bundellijn van BESSY II een nieuw instrument ontwikkeld dat dit soort zeer snelle en/of onomkeerbare reacties kan detecteren met een enkele meting. De tijdresolutie is enkele microseconden. Het instrument, een Féry-spectrometer, maakt gebruik van een zeer gevoelige detector die bekend staat als een focal-plane detectorarray en speciale optica om optimaal gebruik te maken van de briljante infraroodstraling van de BESSY II-synchrotronbron. Het team gebruikte dit apparaat om voor het eerst de activering van rodopsine te observeren onder bijna-in vivo-omstandigheden.

"We hebben rodopsine gebruikt omdat het onomkeerbaar vervalt nadat het door licht is geëxciteerd en daarom een ​​echte zuurtest is voor het systeem, " legt Ritter uit, eerste auteur van de studie. Rhodopsine is een eiwitmolecuul dat als receptor fungeert en het zichtpigment is dat wordt aangetroffen in de staafjes van het netvlies van het oog. Zelfs enkele fotonen kunnen rodopsine activeren, waardoor het oog extreem lage lichtniveaus kan waarnemen. Bovendien, rodopsine is het gemeenschappelijke element in een klasse van receptoren met honderden leden die verantwoordelijk zijn voor reuk, smaak, drukgevoel, hormoon ontvangst, enz. - die allemaal op een vergelijkbare manier werken.

Het team bestudeerde voor het eerst ook een ander opwindend eiwit in het infraroodbereik:actinorhodopsine. Dit molecuul is in staat om lichtenergie om te zetten in een elektrische stroom - een eigenschap die sommige bacteriën gebruiken om elektrochemische energie op te wekken voor hun metabolisme.

"De nieuwe methode stelt ons in staat om de moleculaire reactiemechanismen van alle onomkeerbare processen (of langzame cyclische processen) te onderzoeken, zoals die op het gebied van energieconversie en -opslag, bijvoorbeeld, " benadrukte Schade, die het IRIS-team leidt.