Femtosecond X-ray 결정학으로 Photosystem II의 시큐리티 슬롯 역학을 풀기

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시큐리티 슬롯자들은 광 시스템 II 구조 역학, 전자 전달 및 물 분할 메커니즘을 밝히는 공개

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일본의 최근 연구는 최첨단 펌프 프로브 직렬 펨토초 X- 선 결정학을 사용하여 물 산화 중 광 시스템 II의 역학을 발견했습니다. 이 연구는 가벼운 흥분, 전자 전달을 설명하는 후 빠른 시큐리티 슬롯 변화를 보여 주었다. 이 연구는 인공 광합성 및 작물 최적화에서 촉매 설계에 대한 통찰력을 제공하며, 에너지 지속 가능성과 환경 보존을 향한 약속.

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광합성 현상의 기본 분자 메커니즘을 이해하면 생명 공학 및 재생 에너지 분야에서 상당한 진전이 가능합니다. 단백질 복합체 인 Photosystem II (PSII)는 물의 산화물을 촉매하고 산소 광합성의 근본적인 단계 인 햇빛을 사용하여 이산소를 생성 함으로써이 과정에서 중심적인 역할을한다. 광범위한 연구에도 불구하고, 특히 원자 수준과 짧은 시간에서는 물-분할 반응 동안 PSII의 시큐리티 슬롯 역학이 여전히 예상치 못한 일이지만

이전 연구는 물 분할 반응 동안 PSII에서 발생하는 시큐리티 슬롯 변화에 대한 귀중한 통찰력을 제공하여 마이크로 초에서 밀리 초 시간에 중점을 둔다. 그러나, 더 짧은 시간 척도에서, 특히 가벼운 흥분에 의해 유도 된 산소 진화 복합체 (OEC) 사이의 전이 동안 더 짧은 시간에서 고해상도 구조 정보가 부족하여 물 산화 및 산소 진화의 메커니즘을 이해하는 데 필수적이다. 이 연구 차이를 해결하기 위해, 미시히로 수가 교수와 일본 오카마 대학교 자연 과학 기술 대학원의 학제 간 과학 연구소의 Jian-Ren Shen 교수2024 년 1 월 31 일.

연구자들은 펌프 프로브 시리얼 펨토초 X- 선 결정학 (TR-SFX)을 활용했는데,이 기술은 현저한 공간 및 임시 정밀도를 갖는 생물학적 거대 분자의 초고속 시큐리티 슬롯 변화를 포착하는 것으로 알려진 기술을 사용했다. 확립 된 프로토콜에 따라, PSII 미세 결정은 세 심하게 제조되었고, 하나 또는 두 개의 레이저-플래시 가벼운 흥미 진진한 다음, X- 선이없는 전자 레이저 (XFEL)에 의해 생성 된 펨토초 X- 선 펄스로 조명을 냈다."Photosystem II의 미세 결정을 생성하는 과정은 시간이 걸렸으며, 결과가 편집되고 게시 될 때까지 거의 5 년이 걸렸습니다."Michihiro Suga 교수는 프로젝트에 투자 한 광범위한 노력을 강조했습니다. 결정을 레이저 플래시에 노출시키고 다양한 시간 지연시 X- 선 회절 패턴을 포착함으로써, 연구자들은 플래시 조명 후 나노 초에서 밀리 초에 이르기까지 PSII에서 작은 시큐리티 슬롯 변경을 광범위하게 추적 할 수있다.

결과는 전자 전달, 양성자 방출 및 기판 수로 전달과 같은 중추적 인 사건을 이해하기 위해 S1에서 S2 및 S2에서 S3 상태에서 중요한 전환 동안 PSII의 복잡한 시큐리티 시큐리티 시큐리티 시큐리티 슬롯 역학을 밝혀냈다. 결정을 레이저 플래시에 노출시킨 후, YZ 티로신 거주지의 빠른 시큐리티 시큐리티 시큐리티 시큐리티 슬롯 변화가 관찰되었으며, 이는 빠른 전자 및 양성자 전달 공정의 발생을 시사한다. D1 서브 유닛의 Glu189 근처의 물 분자는 2 개의 플래시 직후에 발견되었으며, 이후, 이후에 발견 된 바와 같이 O5 근처의 O6 지명 위치로 전달되어 물-분할 반응 동안 혼입 된 산소 원자의 기원에 대한 귀중한 통찰력을 제공한다. 이 투자는 또한 특정 채널 내에서 물 분자의 공동 움직임을 명확히하여 기판 물 전달 및 양성자 방출을 지원하는 데 중요한 역할을 설명했습니다. 이러한 관찰은 단백질 스캐 폴드와 물 분자 사이의 복잡한 상호 작용에 빛을 비추어 PSII의 촉매주기의 효율에 대한 상승적 기여를 강조한다.

7277_7644Jian-Ren Shen 교수는이 연구의 실제 적용에 대해 논의하면서 설명합니다. PSII의 시큐리티 슬롯 역학을 이해함으로써, 농작물에서 자연적 광합성 과정을 최적화하기위한 전략을 알리기 위해 농업 제품을 향상시키고 기후 변화의 영향을 완화 할 수 있습니다.

이러한 발견은 기본 생물학적 과정에 대한 우리의 이해를 심화시킬뿐만 아니라 에너지 지속 가능성 및 환경 보존과 관련된 글로벌 도전을 해결하기위한 엄청난 약속을 가졌다. 더 많은 시큐리티 슬롯가 녹색 혁신으로가는 길을 열망하기를 바랍니다!

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참조 :
원본 용지 제목 : S1 – S2 – S3 전환 중에 산소 진화 시점 시큐리티 슬롯 구조
저널 :시큐리티 슬롯
doi : 10.1038/s41586-023-06987-5

Contact Person :Michihiro 시큐리티 슬롯
Michi Suga 교수는 광범위한 학업 자격과 경험을 가진 저명한 구조 생물 학자입니다. 박사 학위 개최 오사카 대학교 (Osaka University)의 과학 분야에서 그는 시큐리티 슬롯의 연구원 및 시큐리티 슬롯의 자연 과학 기술 대학원 조교수를 포함하여 다양한 직책을 맡았습니다. 현재 시큐리티 슬롯의 학제 간 과학 연구소의 교수로 활동하고있는이 연구는 광합성 막 단백질의 물 산화, 광수 수확 및 에너지 전달의 메커니즘뿐만 아니라 채널 및 수송기의 미네랄 수송 메커니즘을 밝히는 데 중점을 둡니다. 교육, 문화, 스포츠, 과학 및 기술-일본부의 젊은 과학자 상을 포함하여 수많은 동료 검토 출판물과 수많은 상을 수여하면 그의 기여는 구조 생물학 및 구조 생활 과학 분야를 크게 발전시킵니다.