skip to Main Content

Högupplöst inblick i fotosyntesen

Fotosystem II. Bild: Wolfgang Schröder

I en ny studie har forskare från Umeå tagit fram högupplösta bilder på komplexet fotosystem II, som spelar en nyckelroll i fotosyntesen. Bilderna har tagits med hjälp av tekniken kryoelektronmikroskopi.

Fotosystem II består av ett komplex med nästan 30 olika proteiner tillsammans med kofaktorer såsom olika pigment och metaller. Det är ett av de största komplexen i växtcellernas organeller kloroplasterna. Dess roll i fotosyntesen är att, med hjälp av solljus, spjälka vattenmolekyler till väte och syre. Det är tack vare detta som atmosfären innehåller tillräckligt stor mängd syre för att liv skulle kunna uppstå på Jorden.

Forskare vid Umeå universitet har nu, inom nätverket Integrated Structural Biology, ISB, för första gången tagit fram en högupplöst bild av fotosystem II med hjälp av kryoelektronmikroskopi.

– Strukturen vi kan se ger oss detaljerad information om de olika kofaktorerna såsom klorofyll och fettmolekylers bindningar i fotosynteskomplex II. Vi har också lyckats visa exakt var och hur detergenter binder och påverkar komplexets stabilitet, säger Wolfgang Schröder, professor på kemiska institutionen vid Umeå universitet som lett studien, i ett pressmeddelande.

Vid kryoelektronmikroskopi läggs biologiska prover i flytande etan, vid en temperatur om -190 grader Celsius. Med hjälp av elektroner skapas sedan närmare 100 000 tvådimensionella bilder av olika, slumpmässigt nedfrysta, partiklar. Bilderna analyseras med hjälp av datorer, för att ta fram en bild av en tredimensionell struktur.

Komplexet på bilden visar fotosystem II hos backtrav, Arabidopsis thaliana, som är en av de vanligast förekommande försöksorganismerna när det gäller forskning på växter. Den nya bilden ska jämföras med motsvarande högupplösta bilder av fotosystem II från spenat och ärta, som finns sedan tidigare, för att bygga på kunskapen om komplexet.

– Extra spännande var att se om våra tidigare biokemiska analyser av komplexet var korrekta, lite som ett facit. Oftast är det större forskarlag från olika laboratorier som publicera strukturer med denna storlek och upplösning, eftersom det krävs mycket datatid och arbete, men i detta fall är vi fyra Umeåforskare inom nätverket Integrated Structural Biology, ISB, som åstadkom denna struktur så det är ”lokalproducerad” forskning, säger Wolfgang Schröder.

År 2017 tilldelades forskarna Jacques Dubochet (University of Lausanne, Schweiz), Joachim Frank (Columbia University, USA) och Richard Henderson (MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge, Storbritannien) Nobelpriset i kemi för utvecklingen av kryoelektronmikroskopi.

Läs mer i den vetenskapliga artikeln om studien, som är publicerad i Scientific Reports: High-resolution model of Arabidopsis Photosystem II reveals the structural consequences of digitonin-extraction | Scientific Reports (nature.com)