Vědci se seznamují s tajemstvím fotosyntetických řas, které sbírají světlo

December 23, 2016 Už před miliony let zdokonalovaly fotosyntetické řasy svou techniku ​​zachycování světla.

V důsledku toho jejich systémy sběru světla (proteiny, které absorbují světlo být přeměněn na energii) jsou tak silné, že je vědci hledali pochopit a napodobit je pro použití v aplikacích obnovitelné energie.

Nyní výzkumníci z Princetonské univerzity odhalili mechanismus, který zvyšuje rychlost sběru světla u kryptofytních řas Chromonas mesostigmatica. Jejich zjištění byla nedávno zveřejněna v časopise Chem, poskytují cenné poznatky pro návrh umělého sběru světla systémy jako molekulární senzory a solární kolektory.

Kryptofytní řasy často žijí pod organismy, které absorbují většinu sluneční paprsky. V důsledku toho se vyvinuli tak, aby v nich prosperovali vlnové délky světla, které organismy nad nimi nevyhledávají – hlavně žlutozelené barvy.

Shromažďují toto žlutozelené světlo energie a procházejí sítí molekul, které ji přeměňují na červené světlo, něco, co molekuly chlorofylu potřebují k provedení důležitá fotosyntetická chemie.

Vědci byli vždy fascinováni a fascinováni rychlostí přenosu energie. Jejich předpovědi byly vždy asi trojnásobné pomalejší než pozorované sazby.

"Časové osy, ve kterých je energie prošel proteinem – nikdy jsme nemohli pochopit, proč tento proces tak rychle,“ řekl odpovídající autor Gregory Scholes, William S Tod Profesor chemie na Princetonské univerzitě.

V roce 2010 jeho tým zjistil, že tyto rychlé sazby byly způsobeny a jev zvaný kvantová koherence, ve kterém se molekuly podílejí elektronické buzení a přenos energie podle kvant mechanické pravděpodobnostní zákony místo klasické fyziky. Nicméně oni nedokázal přesně vysvětlit, jak koherence fungovala ke zrychlení sazeb – do teď.

Pomocí sofistikované metody, kterou umožňují ultrarychlé lasery, výzkumníci měřili absorpci světla molekul a sledovali je tok energie systémem.

Za normálních okolností by byly absorpční signály překrývají, což znemožňuje jejich přiřazení ke konkrétním molekulám uvnitř proteinový komplex; tým však dokázal zbystřit signály ochlazením proteinů na velmi nízké teploty, uvedl hlavní autor Jacob Dean, postdoktorandský výzkumník v laboratoři Scholes.

Výzkumníci pozorovali systém, ze kterého byla přenášena energie od molekuly k molekule, od vysoce energetického zeleného světla po červenou s nižší energií světlo, přičemž přebytečná energie se ztrácí jako vibrační energie. To se ukázalo že specifický spektrální vzor, ​​který byl „kouřící pistolí“. vibrační rezonance (neboli vibrační přizpůsobení) mezi dárcem a akceptorové molekuly, řekl Dean.

Díky vibračnímu přizpůsobení byla energie schopna přenést mnoho rychleji, než by to bylo jinak distribucí buzení mezi molekulami. Efekt poskytl mechanismus pro předchozí hlášená kvantová koherence.

S tímto vědomím vědci přepočítali svou předpověď a dospěli k sazbě, která byla přibližně třikrát rychleji.

Laboratoř Scholes má v úmyslu studovat příbuzné proteiny a prozkoumat je zda se tento mechanismus nachází i u jiných fotosyntetických organismů.

Vědci nakonec doufají, že vyvinou systémy pro sběr světla s dokonalým přenosem energie inspirovaným robustním sběrem světla proteiny.

"Tento mechanismus je dalším mocným prohlášením optimalita těchto proteinů,řekl Scholes.