Fotoaktīvo proteīnu struktūras pētījumi ar neitronu izkliedes metodi

Projekta norises laiks

01.06.2021. - 15.11.2021.

Projektā iesaistītās valstis un institūcija

flag-EE
Tartu Universitāte
flag-DE
Berlīnes Humbolta universitāte
flag-DE
Berlīnes Tehniskā universitāte

Projekta vadītājs

Prof. Dr. Jörg Pieper

Projekta mērķis

Lai saprastu kādas funkcijas veic olbaltumvielas, nepieciešamas detalizētas zināšanas par olbaltumvielu struktūru, tas tiks izklāstīts ar diviem viegli uztveramiem piemēriem. Pirmkārt, PSI tipa fotosistēma ir ļoti stabils membrānas proteīnu komplekss, kas saules enerģiju pārvērš elektriskājā un visbeidzot uzglabājamā ķīmiskajā enerģijā. Šī tipa fotosistēmu var integrēt biohibridu fotoelektroķīmiskajās šūnās. Lai veidotu elektrodus ir nepieciešams strukturāls kompleksveidotāju apraksts starp PSI un elektronu donoriem/ akceptoriem, piemēram, citohroma c6, ferredoksīnu un ferredoksīna reduktāzi. Otrkārt, apgaismojuma laikā mainās oranžā karotinoīdu proteīna (OCP) struktūra, tam pārejot aktīvajā stāvoklī. Neskatoties uz daudziem centieniem, aktīvā stāvokļa struktūra joprojām nav iegūta. Tā kā pēdējiem piemēriem nav augstas izšķirtspējas struktūru, tad maza leņķa neitronu izkliede (SANS) ir nepieciešamā metode, lai izpētītu struktūras ūdens šķīduma, kompleksveidošanās vai gaismas izraisītās strukturālās izmaiņas procesos. Tā kā PSI ir membrānas proteīnu komplekss, SANS pētījumiem nepieciešama šķīdināšana, izmantojot deiterētus līdzekļus, kas ir “neredzami” un ar pielāgotu kontrastu, kas tādējādi neietekmē PSI kompleksu struktūras noteikšanu. Turpretī SANS pētījumiem saistībā OCP nepieciešams izstrādāt in-situ apgaismojumu SANS eksperimentos. Abas metodes sniegs unikālu strukturālo informāciju.

Galvenās aktivitātes

  1. Tartu Universitātes Fizikas institūts Igaunijā ir atbildīgs par neitronu izkliedes eksperimentu sagatavošanu un veikšanu (maza leņķa izkliede), kā arī par paraugu in-situ optiskās ierosmes uzstādīšanu. Šeit tiks veikta arī datu analīze un strukturālo modeļu izstrāde.
  2. Berlīnes Humbolta universitāte sagatavos un piegādās PSI kompleksus ar dažādiem elektronu donoriem un akceptoriem biotehnoloģiskiem pielietojumiem. Lai SANS eksperimenti izdotos ir ārkārtīgi svarīgi, lai PSI tiktu izolēta, izmantojot pilnībā deiterētus (“neredzamus”) ķīmisku vielu savienojumus ar kontrasta variācijām, jo protonēta līdzekļa lietošana var radīt nepilnības strukturālajos modeļos, kas veidoti no iegūtajiem SANS datiem.
  3. Berlīnes Tehniskās universitātes komanda sagatavos oranžā karotinoīda proteīna paraugus ar atšķirīgu karotinoīdu saturu un kompleksus ar fluorescences reģenerācijas proteīnu, izmantojot daļēju deuterāciju ar kontrasta variācijām maza leņķa neitronu izkliedei.
  4. Eksperimenti tiks veikti MLZ centrā Gārhingas pilsētā Vācijā, izmantojot maza leņķa neitronu izkliedi, daļēji ar in-situ apgaismojumu, izmantojot neitronu izkliedes iekārtas. Vienam Tartu grupas zinātniekam būs jādodas uz MLZ centru Vācijā, lai veiktu šo eksperimentu.
  5. Eiropas Atomskaldīšanas centrs (European Spallation Source), kas atrodas Lundas pilsētā Zviedrijā, ir 17 Eiropas valstu, tostarp Vācijas un Igaunijas, sadarbības projekts, lai izveidotu jaunas paaudzes neitronu avotu ar nepārspējamu neitronu plūsmu, kas veicinātu jaunus neitronu izkliedes eksperimentu veidus. Tartu Universitātes grupa izstrādā jaunas in-situ metodes struktūras izpētei ar neitroniem Eiropas Atomskaldīšanas centrā, kā arī priekš Vācijas partneru izstrādātajām iekārtām, piemēram, MLZ centram, lai gan Igaunijas, gan Vācijas sniegums ESS būtu uzlabojies saistībā ar projekta laikā gūto pieredzi.
  6. Ņemot vērā pandēmiju, netiek plānotas tikšanās vai semināri klātienē, lai izvairītos no ceļošanas, bet tik rīkotas regulāras videokonferences, lai apspriestu progresu projekta laikā, un noslēguma tiešsaistes seminārs, lai apkopotu rezultātus.

Tiešā un netiešā mērķa grupa