U području fotosinteze, naizgled kaotičan raspored proteina unutar kompleksa za sakupljanje svjetlosti zapravo bi mogao biti njihovo tajno oružje za iznimnu učinkovitost.
Sunčeva svjetlost apsorbirana fotosintetskim stanicama pokreće dinamičku lančanu reakciju. Fotoni, paketi energije, preskaču niz proteina koji sakupljaju svjetlost prije nego što slete na središte fotosintetske reakcije. Ovdje se energija pretvara u elektrone, koji na kraju napajaju stvaranje molekula šećera.
Ultra-Učinkovito Sakupljanje Svjetlosti putem Fotosinteze
Ova migracija energije unutar kompleksa za sakupljanje svjetlosti može se pohvaliti gotovo savršenom učinkovitošću. Skoro svaki apsorbirani foton generira elektron – čudo poznato kao kvantna učinkovitost bliska jedinici.
Kemičari MIT-a predlažu zanimljivo objašnjenje za ovu visoku učinkovitost u novoj studiji. Po prvi puta su uspjeli mjeriti prijenos energije između proteina koji sakupljaju svjetlost. Otkrili su da naizgled nasumična organizacija ovih proteina pojačava učinkovitost prijenosa energije.
“Neredovita organizacija proteina za sakupljanje svjetlosti poboljšava učinkovitost dugotrajnog prijenosa energije,” objašnjava Gabriela Schlau-Cohen, docentica kemije na MIT-u i glavna autorica studije.
Studija o Purpurnim Bakterijama
Ova studija uglavnom se fokusirala na purpurne bakterije. Ovi organizmi se obično nalaze u akvatskim okruženjima siromašnim kisikom i popularni su modeli za studije o fotosintetskom sakupljanju svjetlosti.
Fotosinteza koju provode ove bakterije prolazi kroz komplekse sastavljene od proteina i pigmenata koji apsorbiraju svjetlost poput klorofila. Kroz ultra-brzu spektroskopiju, znanstvenici mogu istražiti kako se energija kreće unutar jednog proteina. Međutim, proučavanje prijenosa energije između proteina bilo je veći izazov zbog potrebe za preciznim pozicioniranjem više proteina.
Jedinstveni Eksperimentalni Pristup: Fotosintetsko Sakupljanje Svjetlosti
Da bi prevladali ovu prepreku, tim s MIT-a dizajnirao je sintetičke nanoskopske membrane, oponašajući sastav prirodnih staničnih membrana. Kontrolirajući veličinu ovih membrana, mogli su upravljati udaljenostima između dva proteina unutar diska.
Studija je obuhvatila dvije varijante primarnog proteina za sakupljanje svjetlosti koji se nalazi u purpurnim bakterijama – LH2 i LH3. LH2 je prisutan u normalnim svjetlosnim uvjetima, dok se LH3 obično pojavljuje u uvjetima slabog svjetla.
Tim je mogao slikati proteine ugrađene u membrane koristeći krio-elektronski mikroskop u MIT.nano objektu. Pokazali su da su ovi proteini pozicionirani na udaljenostima usporedivima s onima u prirodnim membranama. Udaljenost između proteina za sakupljanje svjetlosti izmjerena je između 2.5 i 3 nanometra.
Putovanje Prijenosa Energije
Malo različite valne duljine svjetlosti apsorbirane od strane LH2 i LH3 omogućile su istraživačima da promatraju prijenos energije između njih koristeći ultra-brzu spektroskopiju. Za blisko smještene proteine, prijenos foton-energije odvijao se za oko 6 pikosekundi. Za proteine koji su bili dalje razdvojeni, prijenos je mogao trajati do 15 pikosekundi. Brži prijenos implicira učinkovitiji prijenos energije, jer se više energije gubi tijekom dugog putovanja.
“Što se brže može pretvoriti, to će biti učinkovitije,” kaže Schlau-Cohen.
Nevjerojatno, proteini u neredovitom strukturalnom rasporedu pokazali su učinkovitiji prijenos energije nego oni u urednoj rešetkastoj strukturi, odražavajući organizaciju koja se obično nalazi u živim stanicama.
Buduća Istraživanja Fotosintetskog Sakupljanja Svjetlosti
“Biologija je sklonija neredu. Ovo otkriće nam govori da to možda nije samo neizbježna mana biologije, već su organizmi možda evoluirali kako bi iskoristili tu prednost,” dodaje Schlau-Cohen. S ovom novootkrivenom sposobnošću mjerenja prijenosa energije između proteina, istraživači planiraju proučavati prijenos energije između drugih proteina i istraživati organizme izvan purpurnih bakterija, poput zelenih biljaka.
Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram –t.me/kozmoshr
