Расшифровка сложных процессов фотосинтеза с помощью продвинутой электронной микроскопии

Учёным из Университета Гумбольдта в Берлине (HU), шведских университетов Умео и Уппсалы, а также Потсдамского университета удалось визуализировать атомные структуры с беспрецедентным нанометровым разрешением в процессе фотосинтеза, используя крио-электронную микроскопию.

В исследовании, опубликованном в Science, команда изучала белковую структуру фотосистемы II, где происходит первый этап фотосинтеза: свет поглощается и используется как источник энергии для расщепления молекул воды на кислород, протоны и электроны.

Решающий шаг к пониманию фотосинтеза

Высокодетальная визуализация дала новые данные о взаимодействиях водородов внутри фотосистемы II, которые критически важны для реакции, управляемой световой энергией. Команда под руководством д-ра Раны Хуссейн и проф. д-ра Афины Зуни (HU), проф. д-ра Вольфганга Шрёдера (Умео) и проф. д-ра Йоханнеса Мессингера (Уппсала) сделала значительный шаг в понимании сложных процессов фотосинтеза.

"Используя крио-электронную микроскопию, мы теперь можем наблюдать расположение водородов в фотосистеме II", — говорит Зуни. — "Этот детальный взгляд важен для понимания процесса, с помощью которого кислород-продуцирующие организмы преобразуют световую энергию в химическую — процесса, фундаментального для жизни на Земле".

Проф. д-р Хольгер Доббек поясняет: "Мы используем крио-электронную микроскопию, чтобы показать фотосистему II с лучшим разрешением. Это позволило нам обнаружить водороды в нескольких аминокислотных остатках в сайтах реакционного центра, предоставив новую информацию о переносе электронов и протонов в фотосистеме II.

Наше исследование раскрывает последовательность событий, ведущих ко второй протонации подвижного пластохинона B. Это глубоко обновляет наше понимание электрон-транспортной цепи в фотосинтезе".

Метод исследования выходит далеко за рамки фотосинтеза

Хуссейн отмечает: "Инновационный подход, использованный в этом исследовании для определения позиций протонов и водородов, важен для понимания фотосистемы II и имеет широкий спектр применений.

Его можно применять для изучения различных белков, чтобы раскрыть механизмы, связанные с водородами. Это позволяет совершать прорывы во многих областях биологических и химических исследований. Таким образом, использованный в исследовании метод крио-ЭМ имеет значение, выходящее за рамки фотосинтеза".

В крио-электронной микроскопии белковые комплексы охлаждаются до очень низких температур (до -260°C) за доли секунды. Эта шоковая заморозка предотвращает образование кристаллов льда, так что молекулы сохраняют свою естественную форму.

В будущем визуализация водородов может способствовать пониманию других фундаментальных биохимических реакций, таких как механизмы ферментов, белок-лигандные взаимодействия или динамика мембранных белков.