Proteiner guidar elektronerna till rätt ställe

Celler behöver energi för att fungera. En studie med forskare från Göteborgs universitet visar hur energin i cellen vägleds genom små förändringar i atomstrukturen för att nå fram till sitt mål i proteinet. Genom att imitera dess strukturförändringar kan vi få effektivare solceller i framtiden.

Solens strålar är grunden för all energi som skapar liv på jorden. Fotosyntesen hos växter är ett exempel, där solenergin behövs för att växten ska kunna växa till.  Särskilda proteiner, absorberar solstrålarna och energin transporteras som elektroner inne proteinet, detta kallas för laddningsöverföring. I en ny studie visar forskare att proteiner formar särskilda strukturer i cellerna för att skapa effektiva transportvägar för laddningarna.

Elektronerna vägleddes

– Vi studerade ett protein, fotolyas, hos bananflugan, vars funktion är att laga trasigt DNA. DNA-lagningen drivs av solljus som sedan transporteras i form av elektroner längs en kedja av fyra tryptofaner (aminosyror). Den intressanta upptäckten är att den omgivande proteinstrukturen omformades på ett väldigt specifikt sätt för att vägleda elektronerna längs kedjan, säger Sebastian Westenhoff, professor i biokemi.

Forskarna kunde se att förändringarna i strukturen skedde med precis timing och helt i takt med hur laddningen överfördes. Detta är viktig kunskap som kan komma till nytta för att designa bättre solceller, batterier eller andra applikationer som kräver energitransporter.

Kan bättre imitera naturen

– Evolutionen är naturens materialutveckling och den är alltid bäst. Det vi gjort är grundforskning. Ju mer vi förstår om vad som händer när proteiner absorberar solljus, desto bättre kan vi imitera denna förvandling av solenergi till elektricitet, säger Sebastian Westenhoff.

Studien, som publicerats i Nature Chemistry, är ett tydligt framsteg i forskningen om laddöverföring i proteiner. Genom att studera processen hos bananflugan med hjälp av tekniken SFX (Serial Femtosecond Crystallography), kan forskarna få insyn i det dynamiska samspelet i proteinet när elektronerna förflyttar sig.

– Vi får tillgång till nya kapitel om hur vi ska förstå livets mysterier på molekylnivå, säger Sebastian Westenhoff.

Vetenskaplig artikel i Nature: Directed ultrafast conformational changes accompany electron transfer in a photolyase as resolved by serial crystallography

Kontakt: Sebastian Westenhoff, numera professor i biokemi vid Uppsala universitet. När studien genomfördes var han professor på Institutionen för kemi och molekylärbiologi vid Göteborgs universitet, telefon: 073-469 72 67, e-post: sebastian.westenhoff@kemi.uu.se