Tema

Ljuskänsliga proteiner finslipar fotosyntesen

Fytokromer är ljuskänsliga proteiner som känner av ljuset och hjälper plantor och bakterier att optimera sin fotosyntes. Med hjälp av fytokromerna kan de skilja mellan dag och natt och på årstider.
– Kunskapen om fytokromer är viktig för att kunna utveckla grödor så att fler munnar på planeten kan mättas, säger Petra Edlund, som detaljstuderat proteinernas struktur.

Allt liv på jorden är beroende av solens ljus. I naturen har växter och djur utvecklat olika sätt att både kunna tillgodogöra sig solenergi och känna av mängden ljus i omgivningen. Plantor och bakterier tar upp ljusenergi och lagrar den via fotosyntesen, som är grunden för allt liv. Ljuskänsliga proteiner, fytokromer, känner av ljuset i omgivningen och hjälper till att optimera fotosyntesen.

– Bland annat använder plantan eller bakterien fytokromer för att kunna skilja på dag och natt och på årstider. Det är så en växt till exempel vet när det är dags att blomma, säger Petra Edlund.

Så undersöker man proteiners struktur över tid
Petra  Edlund har undersökt strukturen hos fytokromer i bakterier med hjälp av röntgenkristallografi. Proteinerna har kristalliserats  med konventionell röntgenkristallografi samt med SFX (Serial Femtosecond Crystallography), en relativt ny teknik som ger möjligheter att studera strukturella förändringar i protein över tid.

– Proteinet kristalliseras och aktiveras av en ljussignal. Sedan tar man ”foton” av proteinets struktur med hjälp av röntgenstrålarna vid bestämda tidpunkter efter ljusaktiveringen. Dessa bilder kan sättas samman till en ”film” som beskriver proteinets rörelser. Och från rörelserna kan man identifiera hur proteinets mekanism fungerar.

För denna metod så behövs speciella anläggningar (X-ray Free electron lasers) som kan producera röntgenstrålar som är extremt korta och starka. Det finns bara ett fåtal sådana avancerade anläggningar i världen och experimenten har utförts i USA och Japan.

Ytstruktur av ett fytokromfragment på foton av större (vänster) och mindre (höger) fytokromkristaller. Fotograf: Petra Edlund.

Nytt om fytokromers signaleringsmekanismer
Att utveckla SFX och mikrokristalliseringsmetoder av proteiner är av största intresse inom strukturbiologifältet. För att till exempel ta fram nya mediciner måste man känna till hur proteinstrukturen ser ut där läkemedlet ska binda till det.

– Genom ny information som vi fått om fytokromers signaleringsmekanismer har vi sett att  vattenmolekyler i proteinet är viktiga för aktiveringen. Dessa vattenmolekyler skapar viktiga vätebindningar som reglerar proteinets funktion. Det här har tidigare inte påvisats. eftersom ingen tidigare har kunnat få tillräckligt detaljerad strukturell information.

Ju mer information forskarna kan få om mekanismen för signalering i fytokromerna desto större blir förståelsen för hur växter reglerar sin tillväxt och sin blomningscykel. En annan möjlig tillämpning för fytokromer är inom optogenetik. Det är en teknik som går ut på att styra celler i levande vävnad.

Avhandlingen:
Structural features of bacteriophytochromes. Photoactivated Proteins studied by serial femtosecond crystallography

Kontakt:
Petra Edlund, instutionen för kemi och molekylärbiologi, Göteborgs universitet, Petra.edlund@gu.se

Läs också

Vi finns där du är @forskningsnyhet

Ljuskänsliga proteiner finslipar fotosyntesen

 lästid ~ 2 min