NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2015/nr-133-watersplitsing-fotosynthese-nagebootst-met-een-mangaanoxidecluster/

Geprint op :
17 december 2018
20:52:09

Onderzoekers in het FELIX-laboratorium in Nijmegen bestuderen de rol van een watersplitsend enzym in fotosynthese, met een mangaanoxidecluster als model. Het is een stap op weg naar het nadoen van fotosynthese in het laboratorium.

Het watersplitsend enzym oxygen evolving complex (OEC) werkt als een biokatalysator in fotosynthese. Het enzym splitst water met behulp van zonlicht. Dit proces heeft plaats op het oppervlak van calcium-mangaanoxideclusters in het hart van het OEC. Het enzym heeft veel aandacht gekregen, niet alleen wegens zijn cruciale rol in fotosynthese in biologische systemen, maar ook wegens zijn mogelijke belang voor kunstmatig splitsen van water in de zoektocht naar vernieuwbare energiebronnen. In het FELIX-laboratorium bestuderen onderzoekers geïsoleerde mangaanoxideclusters die de werking van het OEC nadoen, en tasten zij de wisselwerking van het enzym met afzonderlijke watermoleculen af. Dit gebeurt met infraroodspectroscopie met straling van de vrije-elektronenlaser FELIX. Het vereenvoudigde systeem helpt de moleculaire processen op te helderen die zijn betrokken bij watersplitsing.

Kaal cluster verandert in enzymcluster
Het modelcluster blijkt verscheidene watermoleculen van een proton te ontdoen, wat een belangrijke voorwaarde is voor de wateroxidatiereactie. Het kale cluster, dat niet lijkt op het cluster in het OEC, verandert door de adsorptie van watermoleculen evenwel in een structuur die erg lijkt op die in het OEC. Het vermogen een proton uit een watermolecuul te verwijderen is daarom een inherente eigenschap van het cluster; zijn vorm in het biologische systeem is onafhankelijk van zijn complexe eiwitomgeving.

Op weg naar nabootsing van fotosynthese
Deze studie is een eerste stap in biogeïnspireerd onderzoek om de processen van fotosynthese in de natuur na te bootsen. Betere nabootsing in het laboratorium komt misschien binnen experimenteel bereik; dat zou dan in overvloedige mate energie-efficiënte katalysatoren voor waterstofproductie met zonlicht kunnen opleveren. Cruciaal voor dit onderzoek zijn het bereik aan infraroodgolflengten en de laserintensiteiten die het nieuwe FELIX-laboratorium kan leveren. Zo zijn op moleculair niveau de complexe structuur van de mangaanoxideclusters in aanwezigheid van watermoleculen in alle detail te onderzoeken.