Light Protection in Plants: Characterisation of Violaxanthin de-epoxidase

Sammanfattning: Växter behöver ljus. Ljuset omvandlas genom fotosyntesen till kemisk energi som kan lagras i växten. Mer ljus ger således mer energi men bara upp till en viss gräns. När växten inte längre kan hantera mängden ljus som den utsätts för kommer flaskhalsar i processen orsaka att högenergetiska tillstånd blir mer långlivade. Dessa reaktiva ämnen kan då orsaka skada på närliggande komponenter, vilket kan kräva en kostsam reparation eller till och med död. Växter måste därför kunna reglera mängden ljus som når det fotosyntetiska maskineriet. Detta måste också ske i sådan hastighet att ljusvariationer orsakade på tidsskalan sekunder till minuter, från till exempelvis moln kan hanteras. Då växter inte har förmågan att förflytta sig när de utsätts för starkt ljus har evolutionen tagit fram ett antal alternativ. Riktningen av blad mot eller från ljuskällan och förmågan av de fotosyntetiska komponenterna att skugga varandra är två metoder för att reglera mängden inkommande ljus. Därefter kan upptaget ljus delvis omvandlas till värme, som är en mindre reaktiv form av energi. Exakt hur denna omvandlingsprocess går till är inte känd ännu men vi vet att en av de inblandade komponenterna är molekylen zeaxantin, som bildas tillfälligt då växten utsätts för ljusstress. Zeaxantin omvandlas från violaxantin av enzymet violaxantin de-epoxidas (VDE), som aktiveras då fotosyntesen börjar få svårt att hinna med att hantera det inkommande ljuset.Detta arbete går ut på att karaktärisera VDE och därigenom ge en djupare förståelse om hur växter och alger kan försvara sig mot ljus. Ett enzyms funktion är väl sammankopplat till dess struktur, vilket gör karaktärisering av strukturen till en viktig del av analysen. Med hjälp av ett antal metoder har information erhållits om strukturen hos VDE och hur denna förändras vid aktivering. Exempelvis kunde vi genom detta visa att VDE molekyler kopplas samman vid aktiveringen, vilket kan vara en viktig del av förmågan att omvandla violaxantin till zeaxantin. Ett enzym består vanligtvis av en kedja av aminosyror. I vissa fall finns interna länkar bildade av aminosyran cystein. Hur dessa cysteiner är länkade inom VDE samt deras innebörd för aktiviteten har studerats. För att analysera vilka delar av VDE som är viktiga för dess aktivitet har dessa delar byts ut och även tagits bort i olika kombinationer. Detta har också gett antydningar om var i VDE som violaxantin binder. Genom att också analysera hur mycket av den bildade slutprodukten samt reaktionens intermediat som förekommer vid olika tidspunkter kunde påvisa att intermediatet lämnar VDE och måste bindas igen för att slutprodukten zeaxantin ska bildas.