科学家们快速了解光合作用藻类捕光的秘密

December 23, 2016 自数百万年前以来，光合藻类一直在改进其捕获光线的技术。

因此，它们的光捕获系统（吸收光的蛋白质 转化为能量）是如此强大以至于科学家们一直在寻找 理解并模仿它们以用于可再生能源应用。

现在，普林斯顿大学的研究人员揭示了一种机制 提高隐藻 Chroomonas 的光捕获率 中柱斑。他们的研究结果最近发表在《化学》杂志上， 为人工光采集的设计提供宝贵的见解 分子传感器和太阳能收集器等系统。

隐藻类通常生活在吸收大部分水分的生物体下方 太阳的光线。结果，他们进化到依靠这些而茁壮成长 上面的生物体不寻求的光波长 – 主要是黄绿色。

他们收集这种黄绿色的光 能量并将其通过分子网络传递，将其转化为 红光，叶绿素分子需要执行的操作 重要的光合作用化学。

科学家们一直对速度着迷和好奇 的能量转移。他们的预测总是大约三倍 比观察到的速率慢。

“能量的时间尺度 通过蛋白质移动——我们永远无法理解为什么这个过程 这么快，”通讯作者威廉·S·托德 (William S Tod) 格雷戈里·斯科尔斯 (Gregory Scholes) 说道 普林斯顿大学化学教授。

2010 年，他的团队发现这些快速的速度是由于 称为量子相干性的现象，其中分子共享 电子激发并根据量子转移能量 机械概率定律而不是经典物理学。然而，他们 无法准确解释一致性如何加快速度 – 到目前为止。

使用超快激光实现的复杂方法， 研究人员测量了分子的光吸收并跟踪 通过系统的能量流。

通常吸收信号会 重叠，使得它们无法分配给内部的特定分子 蛋白质复合物；然而，该团队能够增强信号 主要作者说，通过将蛋白质冷却到非常低的温度 雅各布·迪恩 (Jacob Dean)，斯科尔斯实验室的博士后研究员。

研究人员观察了该系统，因为能量从 分子到分子，从高能绿光到低能红光 光，多余的能量以振动能的形式损失掉。这表明 特定的光谱模式是“确凿证据” 供体和供体之间的振动共振（或振动匹配） 受体分子，迪恩说。

由于振动匹配，能量能够转移很多 通过分配激励比其他方式更快 分子之间。该效应为之前的研究提供了一种机制 报道了量子相干性。

考虑到这一点，研究人员 重新计算了他们的预测并得出了大约 快三倍。

斯科尔斯实验室打算研究相关蛋白质以进行调查 这种机制是否也存在于其他光合生物中。

最终，科学家们希望开发出光收集系统 受强大的光收集启发，具有完美的能量转移 蛋白质。

“该机制是对 这些蛋白质的最优性，”斯科尔斯说。