Att kunna se på när växter bildar syre

I en ny studie har forskare vid Uppsala universitet tillsammans med kollegor från flera andra lärosäten funnit ett sätt att skapa en högupplöst bild av hur det går till när växter spjälkar vatten och producerar syre. De nya forskningsresultaten publiceras i tidskriften Nature.

Växter spelar en viktig roll när det gäller att motverka klimatförändingar. De använder solljus för att ta upp växthusgasen koldioxid ur atmosfären och omvandla den till biomassa. I samma veva producerar växterna även det syre vi andas, genom att spjälka vatten. Denna process kan visa sig ännu viktigare för att rädda klimatet, för om man kan förstå vattenspjälkningen helt och hållet, kan man utveckla teknik som producerar vätgas (bränsle) av solenergi och vatten, mycket effektivare än växter kan producera biomassa.

I ett internationellt samarbetsprojekt har Johannes Messinger, professor i molekylär biomimetik vid Uppsala universitet tillsammans med kollegor funnit ett sätt att skapa en högupplöst bild av denna reaktion genom att använda en frielektronlaser. Laborationerna utfördes vid Stanford-universitetets National Accelerator Laboratory (SLAC).

Till studien utvecklade forskarna ett nytt sätt att framställa mikrokristaller av fotosystem II, det proteinkomplex som i växter producerar syre från vatten med hjälp av solljus. Mikrokristallerna placerades på ett löpande band med hjälp av en sorts bläckstråleteknik. På det löpande bandet belystes sedan mikrokristallerna med laserstrålar av grönt synligt ljus, för att starta vattenspjälkningsmekanismen. Strukturen hos de ljusaktiverade tillstånden i fotosystem II undersöktes därefter genom att bestråla kristallerna med ultrasnabba pulser av röntgenstrålning.

- Det här är ett genombrott. Den här studien banar väg för möjligheten att kunna studera hur, steg för steg, en syremolekyl bildas av två vattenmolekyler, säger Johannes Messinger.

I artikeln presenteras hur författarna kunde urskilja strukturella skillnader mellan två av tillstånden i fotosystem II som är inblandade i vattenspjälkningen. Forskargrupper från Lawrence Berkeley National Laboratory, Stanforduniversitetet, Humboldtuniversitetet i Berlin, Umeå universitet och Uppsala universitet har arbetat tillsammans under fem års tid för att nå fram till detta mål.

- Nu är allting upplagt för att vi ska kunna ta itu med de sista återstående mysterierna kring hur växter gör syre, säger Johannes Messinger.

För mer information, kontakta Johannes Messinger, tel: 018-471 3671, e-post: E-post: johannes.messinger@kemi.uu.se (talar engelska)

'Structure of photosystem II and substrate binding at room temperature' (2016) Nature, DOI: 10.1038/nature20161