Organizmy fotosyntetyczne dostarczają biochemicznej „siły napędowej”, koniecznej do przebiegu praktycznie wszystkich procesów życiowych na Ziemi. Jednak funkcjonowanie barwników w reakcjach fotosyntetycznych nadal skrywa wiele zagadek. Niektóre z nich udało się wyjaśnić dzięki badaniom przeprowadzonym pod kierownictwem prof. Leszka Fiedora i opisanych w cyklu artykułów, opublikowanych niedawno w kilku prestiżowych czasopismach.

Organizmy fotosyntetyczne dostarczają biochemicznej „siły napędowej”, koniecznej do przebiegu praktycznie wszystkich procesów życiowych na Ziemi. Z uwagi na tą fundamentalną zależność życia na Ziemi od procesów fotosyntetycznych, mechanizmy prowadzące do biologicznej konwesji energii słonecznej w (bio)chemiczną oraz właściwości barwników fotosyntetycznych, chlorofili i karotenoidów, już od ponad 100 lat fascynują badaczy i należą do najintesywniej badanych zagadnień. Wciąż jednak funkcjonowanie tych barwników w reakcjach fotosyntetycznych skrywa wiele zagadek. 

Niektóre z nich udało się wyjaśnić dzięki wynikom badań przeprowadzonych pod kierownictwem prof. dr. hab. Leszka Fiedora z Zakładu Fizjologii i Biochemii Roślin i opisanych w cyklu publikacji, które niedawno ukazały się w kilku prestiżowych czasopismach: 

• Fiedor L, Pilch M. Side methyl groups control the conformation and contribute to symmetry breaking of isoprenoid chromophores. Angew. Chem. Int. Ed. 2018; 57:6501-6506. doi: 10.1002/anie.201802094, IF = 11,99
• Kotkowiak M, Dudkowiak A, Fiedor L. Intrinsic photoprotective mechanisms in chlorophylls. Angew. Chem. Int. Ed. 2017;56:10457-10461. doi: 10.1002/anie.201705357, IF = 11,99
• Fiedor L, Heriyanto, Fiedor J, Pilch M. Effects of molecular symmetry on the electronic transitions in carotenoids. J. Phys. Chem. Lett. 2016;7:1821-1829. doi: 10.1021/acs.jpclett.6b00637, IF = 9,35
• Orzeł Ł, Waś J, Kania A, Susz A, Rutkowska-Zbik D, Staroń J, Witko M, Stochel G, Fiedor L. Factors controlling the reactivity of divalent metal ions towards pheophytin a. J. Biol. Inorg. Chem. 2017;22:941-952. doi: 10.1007/s00775-017-1472-1, IF = 2,89.

 

 

 

 

 

 

 

 

I tak badania dotyczące właściwości singletowych i trypletowych stanów wzbudzonych chlorofili oraz oddziaływań barwników z jonami metali ujawniły istnienie wewnętrznych mechanizmów fotoprotekcyjnych w tych cząsteczkach, wynikających z obecności centralnego jonu magnezu. Jak postulują autorzy pracy, to prawdopodobnie przyczyniło się do wyboru kompleksów magnezu jako uniwersalnych fotoaktywnych kofaktorów w toku ewolucji organizmów fotosyntetycznych na Ziemi.

 

 

 

 

 

 

 

 

Z kolei analiza spektroskopowa oraz obliczenia kwantowomechaniczne dotyczące konformacji cząsteczek karotenoidów pokazały, że – wbrew temu co do tej pory sądzono – symetria molekularna nie ma żadnego wpływu na oddziaływanie tych barwników ze światłem. Badania te pozwoliły też na odkrycie silnego wpływu bocznych grup metylowych na geometrię cząsteczek karotenoidów i innych barwników izoprenoidowych, w tym retinalu. Efektem tych wewnątrzcząsteczkowych oddziaływań jest przyjęcie przez natywne cząsteczki konformacji sigmoidalnej a zarazem helikalnej. 

 

 

 

 

 

 

 

 

Doświadczenia, prowadzone we współpracy z Wydziałem Chemii UJ oraz Politechniką Poznańską, wykazały, że w utrwalonych ewolucyjnie cechach strukturalnych karotenoidów zaprogramowane są mechanizmy warunkujące ich wydajne funkcjonowanie w procesie fotosyntezy.