محققان آزمایشگاه Berkeley از یکی از پیشرفته‌ترین میکروسکوپ‌های جهان برای نشان دادن ساختار کمپلکس پروتئینی NDH که برای فتوسنتز حیاتی است، استفاده کرده‌اند. این یافته دانشمندان را قادر می‌سازد تا برای اولین بار به چگونگی عملکرد این کمپلکس و کاربرد آن در تولید فراورده‌های زیستی ازجمله جایگزین‌هایی برای پلاستیک و سوخت‌های زیستی پی ببرند.
Karen Davies یکی از محققان این مطالعه می‌گوید: “بررسی ساختار کمپلکس پروتئینی NDH، منجر به درک بهتر فرایند فتوسنتز می‌شود و ما را قادر می‌سازد بتوانیم کارایی فتوسنتز را در گیاهان و سایر موجودات سبز بهبود بخشیم. این امر به نوبه خود باعث افزایش میزان مواد غذایی و در نتیجه زیست توده حاصل از آن‌ها خواهد شد. در بحث تولید فراورده‌های زیستی تجدیدپذیر که جایگزینی برای محصولاتی با پایه نفتی هستند نیز این یکی از موضوعات مهم محسوب می‌شود.”
مطالعات گذشته نشان داده بودند که کمپلکس پروتئینی NDH در تنظیم مرحله ای از فتوسنتز که طی آن انرژی خورشید گرفته شده و در دو نوع مولکول تأمین کننده انرژی سلولی ذخیره می‌شود نقش دارد. از انرژی این سلول‌ها بعدها به‌عنوان نیرویی برای تبدیل CO2 به قند استفاده می‌شود. علاوه بر این، NDH، الکترون‌های برانگیخته متحرک در میان سایر کمپلکس‌های پروتئینی در کلروپلاست را نیز سازمان‌دهی می‌کند.
دانشمندان برای درک بهتر چگونگی عملکرد NDH، به یک طرح مولکولی نیاز داشتند که محل و اتصال تمامی اتم‌ها در کمپلکس را نشان دهد. اما حتی تکنولوژی قدرتمند TEM هم برای این امر موثر واقع نشد.
Davies اظهار داشت: “تحقیق در مورد این آنزیم دشوار است و نتایج مطالعات 20 سال گذشته نیز گیج کننده بود؛ از این رو ما اطلاعات کاملی در مورد ساختار آنزیم نداشتیم. شناخت ساختار کمپلکس برای آزمودن فرضیه‌های چگونگی عملکرد آنزیم مهم است و رسیدن به اطلاعات مرتبط با این ساختار تنها زمانی موفقیت آمیز خواهد بود که دوربین شمارش دقیق الکترون در آزمایشگاه Berkeley به تولید وسیع برسد.”
Davies توضیح داد که تعیین ساختار یک مولکول، می‌تواند چندین سال به طول انجامد، چرا که تصویربرداری cryo-TEM بر پایه فیلم است. به این معنی که هر تصویری باید قبل از آنالیز، اسکن شود. با این حال محدودیت اصلی، تاربودن تصاویر بود. هنگامی‌که شما یک پرتو از الکترون‌ها را در یک مولکول هدایت کردید، ذرات پر انرژی، اتم‌ها را درون مولکول برانگیخته می‌کنند و اغلب آن‌ها در لحظه نمایش در حال حرکت اند. دوربین شمارش الکترون جدید این مشکل را توسط گرفتن فیلم های دیجیتالی با فریم بسیار بالا حل می‌کند.
Laughlin، کمپلکس‌های NDH را از غشاهای یک سیانوباکتری فتوسنتزی جدا کرده و از آن‌ها عکس تهیه کرد. مدل تهیه شده برای NDH، ترتیب همه زیرواحدهای پروتئینی و موقعیت تمام اتم‌ها را در کمپلکس نشان می‌داد.
با بررسی این مدل، تیم تحقیقاتی قادر خواهند بود فرمولی ایجاد کرده و سپس فرضیه‌های مرتبط با نقش NDH در تولید قند را آزمایش کنند. این تیم از دوربین الکترونی cryo-EM استفاده می‌کند تا چگونگی تاثیر تغییر ساختار کمپلکس‌های فتوسنتزی بر کارایی فتوسنتز را مورد بررسی قرار دهد.
