Cellen hebben energie nodig om te kunnen functioneren. Onderzoekers van de Universiteit van Göteborg kunnen nu verklaren hoe energie in de cel door kleine atomaire bewegingen wordt geleid om haar bestemming in het eiwit te bereiken. Het imiteren van deze structurele veranderingen van de eiwitten zou in de toekomst kunnen leiden tot efficiëntere zonnecellen.

De zonnestralen vormen de basis voor alle energie die het leven op aarde creëert. Fotosynthese in planten is een goed voorbeeld waarbij zonne-energie nodig is om de plant te laten groeien. Speciale eiwitten absorberen de zonnestralen en de energie wordt als elektronen in het eiwit getransporteerd, in een proces dat ladingsoverdracht wordt genoemd. In een nieuwe studie laten onderzoekers zien hoe eiwitten vervormen om efficiënte transportroutes voor de ladingen te creëren.

‘We hebben een eiwit, photolyase, in de fruitvlieg bestudeerd, wiens functie het is om beschadigd DNA te repareren. Het DNA-herstel wordt mogelijk gemaakt door zonne-energie, die in de vorm van elektronen langs een keten van vier tryptofaan (aminozuren) wordt getransporteerd. Interessante ontdekking is dat de omringende eiwitstructuur op een heel specifieke manier is hervormd om de elektronen langs de keten te geleiden", legt Sebastian Westenhoff, hoogleraar biofysische chemie, uit.

De onderzoekers merkten op hoe de veranderingen in de structuur nauwkeurige timing volgden in lijn met de overdracht van de lading – belangrijke kennis die gebruikt zou kunnen worden om betere zonnepanelen, batterijen of andere toepassingen te ontwerpen die energietransport vereisen.

"Evolutie is de materiële ontwikkeling van de natuur en het is altijd de beste. Wat we hebben gedaan is fundamenteel onderzoek. Hoe meer we begrijpen wat er gebeurt als eiwitten zonlicht absorberen, hoe beter we deze omzetting van zonne-energie in elektriciteit kunnen imiteren", zegt Sebastian Westenhoff .

De studie, gepubliceerd in Nature Chemistry , is een duidelijke stap voorwaarts in het onderzoek naar ladingsoverdracht in eiwitten. Het bestuderen van het proces in de fruitvlieg, met behulp van de Serial Femtosecond Crystallography (SFX)-techniek, kan onderzoekers inzicht geven in de dynamische interactie van het eiwit terwijl de elektronen bewegen.

"Dit gaat nieuwe hoofdstukken openen in ons begrip van de mysteries van het leven op moleculair niveau", besluit Sebastian Westenhoff.

Meer informatie: Andrea Cellini et al., Gerichte ultrasnelle conformationele veranderingen begeleiden elektronenoverdracht in een fotolyase zoals opgelost door seriële kristallografie, Natuurchemie (2024). DOI:10.1038/s41557-023-01413-9

Aangeboden door Universiteit van Göteborg