Ny forskning om ett enzym som är nödvändigt för fotosyntesen och allt liv på jorden har avslöjat ett nyckelfynd i dess struktur som avslöjar hur ljus kan interagera med materia för att göra ett viktigt pigment för livet.

Arbetet ger en strukturell förståelse för hur ett ljusaktiverat enzym involverat i klorofyllsyntes fungerar. Ljusaktiverade enzymer är sällsynta i naturen, med endast tre kända. Detta enzym i synnerhet, kallas protoklorofyllidoxidoreduktas eller "POR", är ansvarig för att göra pigmentet avgörande för klorofyll i växter. Utan klorofyll, det finns ingen fotosyntes och inget växtliv.

Att förstå POR-enzymets struktur ger en sällsynt glimt av hur ett naturligt ljusaktiverat enzym fungerar. Både kemister och bioforskare har varit fascinerade av ljusaktivering av biologisk katalys i många år och att förstå hur ljus kan driva enzymreaktioner har varit en stor utmaning. Den avslöjade strukturen visar hur enzymets arkitektur tillåter en av reaktanterna att fånga ljus och kanalisera det för att driva en avgörande biologisk reaktion involverad i klorofyllsyntes. Att förstå dessa grundläggande koncept bör ha stora konsekvenser för utformningen av nya ljusaktiverade kemiska och biokemiska katalysatorer som blir allt viktigare vid användningen av enzymer vid kemisk tillverkning.

Forskningen ledd av University of Manchester, tillsammans med kollegor i Kina (Chinese Academy of Agricultural Sciences, Shanghai Jiao Tong University, Zhejiang University of Technology och Qi Institute), publiceras idag i tidskriften Natur . Professor Nigel Scrutton sa om den nya upptäckten:"Dessa studier avslöjar hur POR-enzymet åstadkommer ljusdriven reduktion av pigmentet Pchlide. Våra studier ger en strukturell grund för att utnyttja ljusenergi för att driva katalys i detta viktiga biosyntetiska klorofyllenzym, vilket är avgörande för ljus-till-kemisk energiomvandling och energiflöde i biosfären."

Dr. Derren Heyes körde flera av experimenten för den nya forskningen, han sa:"Kristallstrukturen hos detta viktiga ljusaktiverade enzym har visat sig vara svårfångad i många år. Vårt nuvarande arbete tillhandahåller den avgörande felande länken mellan proteinstruktur och reaktionskemi och banar väg för detaljerade beräkningsstudier av reaktionen i framtida."

Att för första gången demonstrera en sådan grundläggande aspekt av biologiskt liv berättar för oss hur processen i cellerna går till för att tillåta fotosyntes. Teamet upptäckte att ljusenergi aktiverar ett av dess substrat, protoklorofyllid, en föregångare till klorofyll, inuti enzymet för att driva "nedströms" bindningsbrytning och göra reaktioner.

Den här nya upptäckten visar att vi fortfarande håller på att reda ut de grundläggande byggstenarna i livet som är miljarder år före människorna. Detta stora vetenskapliga genombrott ger en unik strukturell och fysisk insikt i en fundamental reaktion i naturen. Detta skulle kunna öppna dörren till möjligheten att biotekniska artificiella ljusaktiverade enzymer i framtiden.