Новые исследования фермента, необходимого для фотосинтеза и всей жизни на Земле, позволили обнаружить ключевое открытие в его структуре, которое показывает, как свет может взаимодействовать с материей, образуя важный пигмент для жизни.
Работа дает структурное понимание того, как работает активированный светом фермент, участвующий в синтезе хлорофилла. Ферменты, активируемые светом, в природе встречаются редко, известны только три. В частности, этот фермент, называемый протохлорофиллид-оксидоредуктазой или «ПОР», отвечает за создание пигмента, жизненно важного для хлорофилла в растениях. Без хлорофилла нет фотосинтеза и жизни растений.
Понимание структуры фермента POR дает редкое представление о том, как работает естественный фермент, активируемый светом. Химики и ученые-биологи в течение многих лет были очарованы световой активацией биологического катализа, и понимание того, как свет может управлять ферментативными реакциями, было серьезной проблемой. Выявленная структура показывает, как архитектура фермента позволяет одному из реагентов улавливать свет и направлять его для запуска важной биологической реакции, связанной с синтезом хлорофилла. Понимание этих фундаментальных концепций должно иметь большое значение для разработки новых активируемых светом химических и биохимических катализаторов, которые приобретают все большее значение при использовании ферментов в химическом производстве.
Исследование, проведенное Манчестерским университетом совместно с коллегами из Китая (Китайская академия сельскохозяйственных наук, Шанхайский университет Цзяо Тонг, Чжэцзянский технологический университет и Институт Ци), опубликовано сегодня в журнале Nature. Профессор Найджел Скраттон сказал о новом открытии: «Эти исследования показывают, как фермент POR вызывает светоуправляемое восстановление пигмента Pchlide. Наши исследования обеспечивают структурную основу для использования световой энергии для запуска катализа в этом важном ферменте биосинтеза хлорофилла, который является имеет решающее значение для преобразования световой энергии в химическую и потока энергии в биосфере».
Д-р Деррен Хейс провел несколько экспериментов для нового исследования, он сказал: «Кристаллическая структура этого важного фермента, активируемого светом, оказалась неуловимой в течение многих лет. Наша текущая работа обеспечивает ключевое недостающее звено между структура белка и химия реакций, а также прокладывает путь к детальным компьютерным исследованиям реакций в будущем».
Демонстрация такого фундаментального аспекта биологической жизни впервые говорит нам о том, как осуществляется процесс внутри клеток, позволяющий происходить фотосинтезу. Команда обнаружила, что световая энергия активирует один из своих субстратов, протохлорофиллид, предшественник хлорофилла, внутри фермента, вызывая разрыв связей «вниз по течению» и вызывая реакции.
Это новое открытие показывает, что мы все еще распутываем основные строительные блоки жизни, которые появились раньше людей на миллиарды лет. Этот крупный научный прорыв обеспечивает уникальное структурное и физическое понимание фундаментальной реакции в природе. Это может открыть дверь для возможности создания биоинженерных ферментов, активируемых искусственным светом, в будущем.