Konverze měďnatých proteinů na fotoenzymy

Společný výzkum mezi skupinami na Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského a California Institute of Technology se zaměří na konverzi multiměďnatých oxidáz (MCO) na fotoenzymy navázáním organometalických fotosensitizátorů (fotooxidantů nebo fotoreduktantů) na specifická místa na površích MCO proteinů. Optická excitace vyvolá přenos elektronu mezi fotosensitizátorem a aktivními místy MCO. Tyto fotoindukované reakce budou využity jednak k poznání mechanismů reakcí katalyzovaných MCO a jednak ke katalýze dalších procesů, nad rámec enzymatické MCO katalýzy v přírodě. Mechanistické studie se zaměří na úlohy tyrosinu a tryptofanu, kdy budeme testovat naše hypotézy, že tyto aminokyseliny mohou chránit molekuly enzymu proti reaktivním sloučeninám kyslíku a/nebo se aktivně účastnit katalytických reakcí. K tomu budeme studovat fotogenerované meziprodukty metodami časově rozlišené spektroskopie (UV-viditelná-IČ absorpce, Raman) spolu s teoretickými výpočty elektronických interakcí mezi aktivními místy MCO (atomy mědi, tryptofan, tyrosin) a simulacemi jednotlivých kroků přenosu elektronu pomocí kombinované kvantově mechanické a klasické molekulární dynamiky (QM/MM/MD). Nové porozumění reakčních mechanismů bude využito k urychlení oxidací organických substrátů slunečním světlem, potenciálně zefektivňujícím produkci biopaliv. Zároveň navrhujeme využít fotosensitizované MCO jako fotokatalyzátory procesů konverze sluneční energie na energii chemickou. Budeme testovat možnost fotochemické redukce CO2 pomocí sensitizovaných MCO a vyvineme fotokatalyzátory na bázi MCO, které obrátí směr katalyzovaných reakcí a pomocí silně oxidujících fotosensitizátorů budou fotochemicky oxidovat vodu a usnadní tak nejobtížnější krok umělé fotosyntézy.