Fotosynthese is de primaire energiebron voor bijna al het leven op aarde. Een nieuwe studie, gepubliceerd in Natuur , bieden nieuw inzicht in hoe evolutie de door licht aangedreven bewegingen van elektronen in fotosynthese heeft geoptimaliseerd om een ​​bijna perfecte algehele efficiëntie te bereiken.

Bijna al het leven op aarde heeft de energie-overbrengende reacties van fotosynthese als hun primaire energiebron. Deze door licht gestuurde reacties vinden plaats in planten, algen en fotosynthetische bacteriën.

Een röntgenstructuur van een eiwit geeft wetenschappers veel informatie over hoe ze hun biologische taak in een levende cel uitvoeren.

Röntgenfilms tonen structurele veranderingen binnen een eiwit

In dit werk gebruikten wetenschappers een methode genaamd tijdsopgeloste röntgenkristallografie om een ​​film te maken van structurele veranderingen in het eiwit dat verantwoordelijk is voor de door licht aangedreven chemische reacties van fotosynthese. Om dit te bereiken gebruikten wetenschappers van de Universiteit van Göteborg een wereldwijd toonaangevende röntgenbron in Californië (een röntgenvrije elektronenlaser) om te onderzoeken of structurele herschikkingen binnen fotosynthetische eiwitten plaatsvinden op de tijd die het licht nodig heeft om een ​​haar over te steken van je hoofd. Opmerkelijk, deze metingen toonden aan dat het eiwit op deze tijdschaal van structuur verandert.

Er werden subtiele bewegingen in het eiwit gezien

Wetenschappers van de Universiteit van Göteborg merkten op dat deze bewegingen heel subtiel waren, waarbij zowel de elektronendonor (een chemische groep die licht absorbeert en een elektron afgeeft) als de elektronenacceptor (een chemische groep die zich op 2 nm afstand bevindt en die dit elektron ontvangt) minder dan 0,03 nm beweegt (1 nm =10 ^-9 m of een miljoenste van een millimeter) in 300 ps (1 ps =10 ^-12 sec wordt een picoseconde genoemd en is een miljoenste van een miljoenste van een seconde).

Het eiwit als geheel veranderde ook heel licht van structuur om te voorkomen dat het elektron terugkeert naar waar het begon, wat de reactie anders onbruikbaar zou maken. Deze resultaten zijn fundamenteel voor de manier waarop evolutie de energietransducerende eiwitten gedurende miljarden jaren heeft geoptimaliseerd, zodat ze redoxreacties kunnen uitvoeren zonder dat daarbij energie verloren gaat.

"Tijdsopgeloste kristallografiestudies van een fotosynthetisch eiwit van bacteriën onthullen hoe door licht geïnduceerde elektronenbewegingen worden gestabiliseerd door structurele veranderingen van eiwitten die optreden op een tijdschaal van picoseconden, " zegt Richard Neutze, professor aan de Universiteit van Göteborg.