Fotoaktiivsete valkude struktuuri uurimine in situ neutronhajumise meetodiga

Duration of the project

01.06.2021. - 15.11.2021.

Countries and institutions involved in the project

flag-EE
Tartu Ülikool
flag-DE
Berliini Humboldti Ülikool
flag-DE
Berliini Tehnikaülikool

Projektijuht

Prof. Dr. Jörg Pieper

Projekti eesmärgid

Valgu toimimise mõistmiseks on vaja täielikku arusaamist valgu struktuurist, mida demonstreeritakse kahel näitel. Esiteks, fotosüsteem I (PSI) on tähelepanuväärselt stabiilne membraanvalk, mis konverteerib päikese energia elektriliseks energiaks ning lõpuks salvestatavaks keemiliseks energiaks. PSI on biotehnoloogilisest seisukohast väga huvipakkuv valk, sest seda saab ühildada biohübriidsetesse fotoelektrokeemilistesse rakkudesse. Elektroodi disainimiseks on oluline PSI ja elektron doonor/aktseptori (nt tsütokroom c6, ferredoksiin ja FNR) kompleksi moodustamise struktuuri karakteriseerimine. Teiseks, oranž karotenoidvalk (OCP) on fotolülitatav valk, kus toimub valgusega ergastamisel struktuurne üleminek aktiivsesse seisundisse. Aktiivse seisundi struktuuri kirjeldus on puuduv. Aktiivsete seisundite kristallistruktuuridest ei ole näiteid, mistõttu on väikese-nurga neutronhajumine (SANS) sobiv meetod, et uurida struktuure vesilahustes, kompleksühendi moodustamist või valguse poolt indutseeritud struktuurimuutusi. PSI on membraanvalk, mistõttu on SANS meetodi kasutamiseks vaja proov lahustada deutereeritud detergendis, mis on võimalik muuta kontrasti varieerimise meetodiga “nähtamatuks” nii, et see ei mõjuta PSI kompleksi struktuuri määramist. SANS-ga OCP uurimiseks on aga vaja disainida seade proovi in situ valgusega ergastamiseks. Mõlemate valkude uurimine annab ainulaadset informatsiooni struktuuride kohta.

Riigid ja kohad, kus projekti läbi viiakse

Füüsika Instituudi töögrupp Tartus Eestis vastutab väikese-nurga neutronhajumise eksperimendi ettevalmistuse ja läbiviimise eest ning proovide in situ optilise ergastamise seadme konstrueerimise eest. Andmeanalüüs ning struktuurimudelite väljatöötamine teostatakse samuti siin.

Berliini Humboldti Ülikooli töögrupp Saksamaal valmistab ette PSI ja elektron doonor/aktseptorite kompleksühendid biotehnoloogilisteks rakendusteks. SANSi eksperimendi õnnestumiseks on väga oluline, et PSI isoleeritakse kasutades täielikult deutereeritud (“nähtamatut”) detergente kontrasti varieerimiseks, sest protoneeritud detergendi kontrasti sobitamine on oma olemuselt mittetäielik, mille tulemusena võivad tekkida ebatäpsused SANSi andmete põhjal tuletatud struktuurimudelites.

Berliini Tehnikaülikool töögrupp Saksamaalt valmistab oranž karotenoidvalgu proovid, kus varieeritakse karotenoidi sisaldust, ja kompleksühendid fluorestsentsi taastava valguga, kus kasutatakse osalist deutereerimist kontrasti varieerimiseks SANS eksperimendi jaoks.

SANS eksperimendid viiakse läbi MLZ-s Garchingins Saksamaal. Eksperimendi läbiviimiseks kasutatakse in situ valgusega ergastamist, mis on tagatud neutronkeskuse kasutajatoe poolt. Üks teadlane Tartu grupist reisib eksperimendi läbiviimiseks Garchingisse.

Projekti otsene ja kaudne sihtgrupp; projekti kaasatud isikute hulk

Eesti ja Balti neutronhajumise kogukond, rahvusvaheline biofüüsika ja neutronhajumise kogukond.