Fotosintese is die proses waardeur plante en ander organismes ligenergie in chemiese energie omskep.
Fotosisteem I in plante openbaar 'n tot dusver ongemerkte gesig/molekulêre ondersoek met hoë presisie.
Fotosintese is die belangrikste grondslag van lewe op aarde. Daarin word biomassa en suiker uit die sonlig se energie deur plante en eensellige alge geproduseer. Suurstof word ook deur hierdie proses vrygestel. Nou, vir die eerste keer, die struktuur van 'n nuwe proteïenkompleks wat energie-omsettingsprosesse kataliseer in
” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>fotosintese is bepaal deur plantbiotegnoloë en strukturele bioloë van die Universiteite van Münster (Duitsland) ) en Stockholm (Swede).
Hierdie proteïenkompleks is die fotosisteem I, wat bekend staan as 'n enkele proteïenkompleks (monomeer) in plante. Professor Michael Hippler van die
” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>Universiteit van Münster en professor Alexey Amunts van die Universiteit van Stockholm het 'n span navorsers gelei wat vir die eerste keer gedemonstreer het dat twee fotosisteem I-monomere in plante as 'n dimeer bymekaar kan kom en die molekulêre struktuur van hierdie nuwe soort molekulêre masjien beskryf het.
Die bevindinge, wat onlangs in die joernaal gepubliseer is Nature Plants, verskaf molekulêre insigte in die proses van fotosintese met 'n tot dusver ongeëwenaarde mate van akkuraatheid. Hulle kan dalk help om die reduktiewe krag (die bereidwilligheid om elektrone op te gee) van fotosisteem I meer effektief in die toekoms te gebruik, byvoorbeeld om waterstof as 'n bron van energie te produseer.
Die agtergrond: Daar is twee fotosintese-komplekse, genaamd fotosisteme I en II, wat op hul beste werk in die geval van lig met verskillende golflengtes. Die opname van ligenergie in fotosisteme I en II stel elektrone in staat om binne die molekulêre "fotosintetiese masjien" vervoer te word, en dryf dus die omskakeling van ligenergie in chemiese energie aan. In die proses word elektrone van fotosisteem I na die proteïen ferredoksien oorgedra.
In groen alge kan ferredoksien elektrone wat tydens fotosintese ontstaan, oordra na 'n ensiem genaamd hidrogenase, wat dan molekulêre waterstof produseer. Hierdie molekulêre waterstof word dus geproduseer deur die inset van ligenergie, wat beteken dat dit hernubaar geproduseer word en dalk as 'n toekomstige bron van energie kan optree. Die navorsers het hulself die vraag gevra: “Hoe hou die produksie van fotosintetiese waterstof verband met die strukturele dinamika van die monomeer- en dimeerfotosisteem I?
Die resultate in detail
Die fotostelsel I homodimeer van die groen alg Chlamydomonas reinhardtii bestaan uit 40 proteïensubeenhede met 118 transmembraanhelikse wat 'n struktuur vir 568 fotosintesepigmente verskaf. Met behulp van kriogene elektronmikroskopie het die navorsers getoon dat die afwesigheid van subeenhede met die benaming PsaH en Lhca2 lei tot 'n kop-aan-kop-oriëntasie van monomeerfotosisteem I (PSI) en sy gepaardgaande lig-oesproteïene (LHCI). Die lig-oesproteïen Lhca9 is die sleutelelement wat vir hierdie dimerisasie voorsiening maak.
In die studie definieer die navorsers die mees presies beskikbare PSI-LHCI-model tot 'n resolusie van 2.3 Ångström (een Ångström stem ooreen met een tienmiljoenste van 'n millimeter), insluitend die buigsaam gebonde elektronoorsender plastosianien, en hulle ken die korrekte identiteit en oriëntasie tot alle pigmente, sowel as tot 621 watermolekules wat die energie-oordragweë beïnvloed. In verband met die verlies van 'n tweede geen (pgr5), lei die geneties-geïnduseerde afregulering van die subeenheid Lhca2 tot die baie doeltreffende produksie van waterstof in die dubbelmutant. Soos Michael Hippler sê, "Die uitputting van Lhca2 bevorder die vorming van PSI-dimeer, en daarom stel ons voor dat die hidrogenase die teiken van fotosintetiese elektrone van die PSI-dimeer kan bevoordeel, soos ons in ons vroeëre werk voorgestel het. Die struktuur van die PSI-dimeer stel ons in staat om geteikende genetiese modifikasies te maak om die hipotese van verbeterde waterstofproduksie deur die PSI-dimeer te toets.”
Verwysing: "Algal fotostelsel I dimeer en hoë-resolusie model van PSI-plastosianien kompleks" deur Andreas Naschberger, Laura Mosebach, Victor Tobiasson, Sebastian Kuhlgert, Martin Scholz, Annemarie Perez-Boerema, Thi Thu Hoai Ho, André Vidal-Meireles, Yuichiro Takahashi, Michael Hippler en Alexey Amunts, 13 Oktober 2022, Nature Plants.
DOI: 10.1038/s41477-022-01253-4