高速攝影揭示光合作用過(guò)程中蛋白質(zhì)的變化

光合作用是幾乎整個(gè)地球上生命的主要能量來(lái)源。發(fā)表在《自然》雜志上的一項(xiàng)新研究為進(jìn)化如何優(yōu)化光合作用中光驅(qū)動(dòng)的電子運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)幾乎完美的整體效率提供了新的見(jiàn)解。地球上幾乎所有的生命都以光合作用的能量轉(zhuǎn)換反應(yīng)為主要能量來(lái)源。這些光驅(qū)動(dòng)反應(yīng)發(fā)生在植物、藻類和光合細(xì)菌中。

蛋白質(zhì)的x光結(jié)構(gòu)可以為科學(xué)家提供許多關(guān)于它們?nèi)绾卧诨罴?xì)胞中執(zhí)行生物任務(wù)的信息。

x光片顯示蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化。

在這項(xiàng)工作中，科學(xué)家使用了一種稱為時(shí)間分辨X射線結(jié)晶學(xué)的方法，制作了一個(gè)關(guān)于蛋白質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化的薄膜，蛋白質(zhì)負(fù)責(zé)光合作用的光化學(xué)反應(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，哥德堡大學(xué)的科學(xué)家使用了加州世界領(lǐng)先的X射線源(一種X射線自由電子激光器)來(lái)檢查光合蛋白中光合蛋白的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否重新排列了你的頭部。值得注意的是，這些測(cè)量顯示蛋白質(zhì)在這個(gè)時(shí)間尺度上改變了它的結(jié)構(gòu)。

觀察蛋白質(zhì)的細(xì)微運(yùn)動(dòng)。

哥德堡大學(xué)的科學(xué)家觀察到，這些運(yùn)動(dòng)非常微妙，包括電子供體(吸收光并釋放電子的化學(xué)基團(tuán))和電子受體(位于2納米并接收電子的化學(xué)基團(tuán))。)在300 ps(1 ps=10 -12秒)內(nèi)移動(dòng)小于0.03 nm(1 nm=10 -9 m或百萬(wàn)分之一毫米)稱為皮秒，即百萬(wàn)分之一秒。

整個(gè)蛋白質(zhì)也非常輕微地改變了它的結(jié)構(gòu)，以防止電子回到它的起始位置，否則反應(yīng)將是無(wú)用的。這些結(jié)果對(duì)于如何在幾十億年內(nèi)優(yōu)化氧化還原反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換蛋白而不損失過(guò)程中的能量的進(jìn)化非常重要。

哥德堡大學(xué)教授理查德諾特澤(Richard Neutze)說(shuō)：“對(duì)細(xì)菌中光合蛋白質(zhì)的時(shí)間分辨結(jié)晶學(xué)研究揭示了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)在皮秒時(shí)間和空間中的變化如何穩(wěn)定光誘導(dǎo)的電子運(yùn)動(dòng)。

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