Fotosyntes är den primära energikällan för nästan allt liv på jorden. En ny studie, publiceras i Natur , ge ny insikt om hur evolutionen har optimerat de ljusdrivna rörelserna av elektroner i fotosyntesen för att uppnå nästan perfekt total effektivitet.

Nästan allt liv på jorden har fotosyntesens energiomvandlande reaktioner som sin primära energikälla. Dessa ljusdrivna reaktioner inträffar i växter, alger och fotosyntetiska bakterier.

En röntgenstruktur av ett protein ger forskarna mycket information om hur de utför sin biologiska uppgift i en levande cell.

Röntgenfilmer visar strukturella förändringar i ett protein

I detta arbete använde forskare en metod som kallas tidsupplöst röntgenkristallografi för att göra en film av strukturella förändringar i proteinet som är ansvarigt för de ljusdrivna kemiska reaktionerna av fotosyntesen. För att uppnå detta använde forskare vid Göteborgs universitet en världsledande röntgenkälla i Kalifornien (en röntgenfri elektronlaser) för att undersöka om strukturella omarrangemang inom fotosyntetiska proteiner inträffar på den tid det tar ljus att korsa ett hårstrå. av ditt huvud. Anmärkningsvärt, dessa mätningar visade att proteinet ändrar struktur på denna tidsskala.

Subtila rörelser i proteinet sågs

Forskare vid Göteborgs universitet observerade att dessa rörelser var mycket subtila, med både elektrondonatorn (en kemisk grupp som absorberar ljus och frigör en elektron) och elektronacceptorn (en kemisk grupp som ligger 2 nm bort och som tar emot denna elektron) rör sig mindre än 0,03 nm (1 nm =10) ^-9 m eller en miljondels millimeter) i 300 ps (1 ps =10 ^-12 sek kallas en pikosekund och är en miljondels miljondels sekund).

Proteinet som helhet ändrade också strukturen väldigt lite för att förhindra att elektronen återvänder till där den började, vilket annars skulle göra reaktionen värdelös. Dessa resultat är grundläggande för hur evolutionen har optimerat energitransducerande proteiner under miljarder år så att de kan utföra redoxreaktioner utan att energi går förlorad i processen.

"Tidsupplösta kristallografistudier av ett fotosyntetiskt protein från bakterier avslöjar hur ljusinducerade elektronrörelser stabiliseras av proteinstrukturförändringar som sker på en tidsskala av pikosekunder, säger Richard Neutze, professor vid Göteborgs universitet.