Hur den ljuskänsliga delen av biomolekylen fytokrom förändras från ett ljusanpassat tillstånd till ett mörkeranpassat tillstånd har undersökts av forskare vid Ruhr-Universität Bochum och Philipps-Universität Marburg. Än så länge, strukturerna för endast ett fåtal ljuskänsliga biomolekyler är kända – och endast för sluttillstånden i ljus och mörker, men inte för mellanstegen. Med hjälp av olika spektroskopiska metoder, Bochum-Marburg-teamet har nu lyckats få nya insikter om dynamiska strukturella förändringar.

Gruppen ledd av professor Enrica Bordignon från Bochum och professor Oliver Essen från Marburg beskriver resultaten i tidskriften Strukturera , publicerades online den 20 september 2018.

Undersöker ljusdrivna strukturella förändringar

"Ljuskänsliga biomolekyler som fytokromer från växter är intressanta för olika tillämpningar, till exempel inom jordbruket, där en förändring av fytokrom kan optimera växternas tillväxtvanor, eller för optogenetiska verktyg som gör det möjligt att kontrollera aktiviteten hos genetiskt modifierade celler i den levande kroppen med ljus, säger Enrica Bordignon, chef för Bochums EPR Spectroscopy Working Group. Insikter om hur fotoreceptorerna ändrar sin rumsliga struktur när de exponeras för ljus kan främja dessa tillämpningar. "Än så länge, dock, det har varit en utmaning att dechiffrera dessa processer med atomupplösning, " förklarar doktorandforskaren Tufa Assafa.

Forskarna analyserade en fytokrommolekyl från cyanobakterier med hjälp av en speciell form av masspektrometri och en spektroskopisk metod som kallas elektronspinresonans. I motsats till andra metoder, de kunde studera molekylen i lösning och spåra dess strukturella förändringar utan att behöva kristallisera den. De observerade flera karakteristiska strukturella förändringar i det ljuskänsliga segmentet av fytokromen och skapade en modell som visar de ljusutlösta omvandlingsstegen. Dessutom, laget visade att för olika fytokromer, det finns en universell mekanism för omvandlingen från det mörkeranpassade till det ljusanpassade tillståndet.