Один з найбільш вивчених хімічних процесів у природі, фотосинтез, може відбуватися не зовсім так, як ми думали, кажуть вчені.
Фотосинтез – це процес, за допомогою якого рослини, водорості та деякі бактерії перетворюють вуглекислий газ і воду на кисень і цукор, щоб використовувати їх як енергію. Для цього організми використовують сонячне світло, щоб окислювати воду, або забирати електрони з неї, і відновлювати, або віддавати електрони молекулам вуглекислого газу. Ці хімічні реакції потребують фотосистем – білкових комплексів, що містять хлорофіл, пігмент, який поглинає світло і надає листю рослин і водоростей зеленого кольору – для передачі електронів між різними молекулами.
У новому дослідженні, опублікованому в журналі Nature, вчені вперше використали нову техніку, відому як спектроскопія надшвидкого перехідного поглинання, щоб вивчити, як працює фотосинтез на часовому інтервалі в одну квадрильйонну долю секунди (0,000000000000001 секунди). Спочатку команда намагалася з’ясувати, як хінони – кільцеподібні молекули, здатні красти електрони під час хімічних процесів – впливають на фотосинтез. Натомість дослідники виявили, що електрони можуть вивільнятися з фотосистем набагато раніше під час фотосинтезу, ніж вчені вважали можливим раніше.
Під час фотосинтезу використовуються дві фотосистеми: фотосистема I (PSI) і фотосистема II (PSII). PSII в першу чергу забезпечує електронами PSI, забираючи їх з молекул води: Потім PSI ще більше збуджує електрони, перш ніж вивільнити їх, щоб в кінцевому підсумку віддати вуглекислому газу для утворення цукрів через низку складних етапів.
Попередні дослідження припускали, що білкові каркаси в PSI і PSII дуже товсті, що допомагає утримувати електрони всередині них, перш ніж вони будуть передані туди, де вони потрібні. Але новий метод надшвидкої спектроскопії показав, що білковий каркас є більш “дірявим”, ніж очікувалося, і що деякі електрони можуть виходити з фотосистем майже відразу після того, як світло поглинається хлорофілом у фотосистемах. Таким чином, ці електрони можуть досягати місця призначення швидше, ніж очікувалося.
“Новий шлях перенесення електронів, який ми знайшли тут, є абсолютно несподіваним”, – сказав Чжан. “Ми знали про фотосинтез не так багато, як думали”. Витік електронів спостерігався як в ізольованих фотосистемах, так і в “живих” фотосистемах всередині ціанобактерій.
На додаток до переписування того, що ми знаємо про фотосинтез, це відкриття відкриває нові шляхи для майбутніх досліджень і застосування біотехнологій. Команда вважає, що “зламавши” фотосинтез, щоб вивільнити більше цих електронів на більш ранніх стадіях, процес може стати набагато ефективнішим, що може допомогти створити рослини, стійкіші до сонячного світла, або штучно відтворити їх для створення відновлюваних джерел енергії, які допоможуть боротися зі зміною клімату, йдеться у повідомленні. Однак, перш ніж це станеться, необхідно провести набагато більше досліджень.
Теж цікаво: