Sverige

Forskare har filmat fotosyntesen

00:40. Inuti växternas celler sker en komplicerad process där olika protein omvandlar koldioxid och vatten till syre och glukos.

Forskare har för första gången i detalj kunnat följa vad som händer när gröna växter omvandlar solljus och vatten till energi, syre och väte.

Med hjälp av ny teknik med mycket korta pulser av röntgenlaser har forskare fått ögonblicksbilder av vad som händer på molekylnivå under första delen av fotosyntesen: när ett protein använder solljus för att spjälka upp vattenmolekyler.

– Tidigare har vi bara kunnat titta på statiska system där det inte är någon rörelse. Men eftersom det är så korta pulser kan vi nu se vad det är i proteinet som ändras när vattnet bryts ned, säger Carl Caleman, forskare vid institutionen för fysik och astronomi vid Uppsala universitet.

Pulserna är verkligen mycket korta - en tusendels biljondels sekund - och innehåller så många fotoner att effekten är större än om allt solljus som träffar jorden kunde samlas ihop och fokuseras till en kvadratmillimeter. Carl Caleman jämför det med en kamera med mycket kort slutartid.

– En kamera kan inte fånga rörelser som sker medan slutaren är öppen. Men med de här korta pulserna kan vi titta på saker som sker snabbt och komma åt dynamiken.

Carl Caleman ingår i en forskargrupp av bland annat tyska, amerikanska och svenska fysiker och biologer som gjort försöken med hjälp av röntgenlasern LCLS vid SLAC National Accelerator Laboratory i Kalifornien.

Proteinet de studerar kallas fotosystem 2. Forskarna skapade kristaller av proteinet, lyste på det med ljus som liknar solljus, och bombarderade det sedan med röntgenlaserpulser. När en puls gått genom en kristall fångas den upp på en skärm och bildar ett mönster som talar om hur proteinet ser ut i just det ögonblicket.

Forskarna lät olika lång tid gå mellan solljus och röntgenlaserpuls, och fick på så sätt nästan en film som visar hur proteinet förändras under processen. Resultaten publiceras i veckans nummer av tidskriften Nature.

Fotosyntesen, där gröna växter och alger omvandlar koldioxid, vatten och solljus till näring och syre, är nyckeln till livet som vi känner det på jorden. Om vi bättre förstår hur den fungerar kan vi i framtiden skapa konstgjord fotosyntes och bättre solfångare.

Biologerna i forskargruppen blev förvånade över att hela det stora proteinkomplexet påverkades i processen och inte bara den aktiva kärnan. Men Carl Caleman tycker att det är tekniken som är det stora genombrottet.

– Jag är fysiker, och jag är mest exalterad över att vi har kunnat visa att den här tekniken fungerar. Nu kan vi använda den för att titta på andra kemiska processer, som hur strukturen hos olika proteiner i vår kropp förändras till följd av till exempel en förändring i pH-värdet, säger han.