פוטוסינתזה היא תהליך הפקת חומרים אורגניים ממים ופחמן דו-חמצני בעזרת אנרגיית אור השמש. למעשה, רוב האנרגיה הנצרכת על ידי כמעט כל צורות החיים על פני כדור הארץ, כולל בני אדם, מגיעה מהחומרים האורגניים. לכן למעשה, תהליך זה עומד בבסיס קיום החיים ומספק את מרבית המזון, הדלק, הביומסה והחמצן.
ככלל, בעולם המדע עדיין לא ידוע לפרטי פרטים איך עובד המנגנון של התהליך. חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב עשו צעד נוסף לקראת פענוח התעלומה. את המחקר הובילו פרופסור נתן נלסון, ד"ר דניאל קליימן, הדוקטורנט עידו כספי ואנה בורוביקובה-שיינקר מהמחלקה לביוכימיה וביולוגיה מולקולרית בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס. וייז ופרופסור יואל שקולניסקי מבית-הספר למדעי המתמטיקה באוניברסיטת תל-אביב. המחקר התפרסם בכתב העת Nature Plants.
הדמיההדמיה
הדמיה
(צילום: shutterstock)
מערכת הפוטוסינתזה מבוססת בין היתר על ארבעה מבנים חלבוניים ממברנליים מורכבים. אחד מארבעת המבנים בשם פוטוסיסטם I (PSI) קולט אנרגיית אור והופך אותה לאנרגיה כימי. החוקרים הסבירו כי במהלך התהליך פוטוסיסטם 1 גם מקבל אלקטרון מהצד האחד של הממברנה שבה הוא שקוע, שנמסר לו על ידי חומר שנקרא פלסטוציאנין, לצידה השני, בה נמצא מקבל האלקטרונים שנקרא פרדוקסין.
החוקרים הצליחו לראשונה בעולם, לפענח את המבנה השלישוני של PS1 עם מוסר ומקבל האלקטרונים ברזולוציה גבוהה. במהלך המחקר, החוקרים הראו אילו חומצות אמינו של מוסר האלקטרון, הפלסטוציאנין, מתחברות לאילו חומצות אמינו של ה-PSI ומה אופי הקשר בצד קבלת האלקטרון ובאותו אופן הראו את פרטי ואופי הקשר בצד של מקבל האלקטרון הפרדוקסין.
"בשני העשורים האחרונים ניסינו לפענח את המבנה האטומי של PS1 המכונה הפוטוכימית היעילה ביותר בטבע, בקומפלקס עם פלסטוציאנין ופרדוקסין. עם זאת, עד כה גם אנחנו וגם המעבדות בכל רחבי העולם נכשלו במשימה זו במידה רבה", הסביר פרופסור נלסון. "במאמר שפורסם בכתב העת המדעי אנו מציגים לראשונה את האפיון המלא של מבנה קומפלקס אשר פוענח על-ידינו באמצעות שיטה חדשנית של cryo-EM ואנו מקווים ומאמינים שבזכות פענוח זה עשינו עוד צעד משמעותי לקראת פתרון התעלומה והבנת מנגנון הפעולה של תהליך הפוטוסינתזה".