دانشمندان در مورد رازهای جذب نور جلبک های فتوسنتزی سرعت می گیرند

December 23, 2016 از میلیون ها سال پیش، جلبک های فتوسنتزی تکنیک خود را برای گرفتن نور اصلاح کرده اند.

در نتیجه سیستم های برداشت نور آنها (پروتئین هایی که نور را جذب می کنند تبدیل شدن به انرژی) آنقدر قدرتمند هستند که دانشمندان به دنبال آن بوده اند درک و تقلید آنها برای استفاده در کاربردهای انرژی تجدیدپذیر.

اکنون، محققان دانشگاه پرینستون مکانیسمی را نشان داده اند که نرخ برداشت نور جلبک کریپتوفیت Chroomonas را افزایش می دهد mesostigmatica. یافته های آنها که اخیرا در مجله Chem منتشر شده است، بینش ارزشمندی برای طراحی برداشت نور مصنوعی ارائه می دهد سیستم هایی مانند حسگرهای مولکولی و کلکتورهای انرژی خورشیدی.

جلبک های کریپتوفیت اغلب در زیر ارگانیسم هایی زندگی می کنند که بیشتر آنها را جذب می کنند پرتوهای خورشید در نتیجه، آنها تکامل یافته اند تا در آن ها رشد کنند طول موج های نوری که ارگانیسم های بالای آنها به دنبال آن نیستند - عمدتا رنگ های زرد-سبز.

آنها این نور زرد-سبز را جمع آوری می کنند انرژی و عبور آن از شبکه ای از مولکول ها که آن را به تبدیل می کند نور قرمز، چیزی که مولکول های کلروفیل باید انجام دهند شیمی فتوسنتزی مهم

دانشمندان همیشه مجذوب و مجذوب سرعت بوده اند از انتقال انرژی پیش بینی های آنها همیشه حدود سه بار بود کندتر از نرخ های مشاهده شده

"مقیاس زمانی که انرژی است از طریق پروتئین حرکت کرد - ما هرگز نتوانستیم دلیل این فرآیند را بفهمیم خیلی سریع، نویسنده مربوطه، گریگوری اسکولز، ویلیام اس تاد، گفت استاد شیمی در دانشگاه پرینستون.

در سال 2010، تیم او متوجه شد که این نرخ های سریع به دلیل یک پدیده ای به نام انسجام کوانتومی، که در آن مولکول ها مشترک هستند تحریک الکترونیکی و انتقال انرژی بر اساس کوانتوم قوانین احتمال مکانیکی به جای فیزیک کلاسیک. با این حال، آنها نمی توانم دقیقا توضیح دهم که چگونه انسجام برای سرعت بخشیدن به نرخ ها کار می کند - تا به حال.

با استفاده از یک روش پیچیده که توسط لیزرهای فوق سریع فعال شده است، محققان میزان جذب نور مولکول ها را اندازه گیری کردند و آن را ردیابی کردند جریان انرژی از طریق سیستم

به طور معمول سیگنال های جذب می شوند همپوشانی دارند و انتساب آنها به مولکول های خاص داخل را غیرممکن می کند کمپلکس پروتئین؛ با این حال، تیم توانست سیگنال ها را تیز کند نویسنده ارشد گفت: با سرد کردن پروتئین ها تا دمای بسیار پایین جیکوب دین، محقق فوق دکتری در آزمایشگاه شولز.

محققان سیستم را هنگام انتقال انرژی مشاهده کردند مولکول به مولکول، از نور سبز پرانرژی تا قرمز کم انرژی نور، با انرژی اضافی که به عنوان انرژی ارتعاشی از بین می رود. این نشان داد که یک الگوی طیفی خاص که برای آن «تفنگ سیگار» بود تشدید ارتعاشی (یا تطابق ارتعاشی) بین دهنده و دین گفت: مولکول های پذیرنده.

به لطف تطابق ارتعاشی، انرژی قادر به انتقال بسیاری بود با توزیع تحریک سریعتر از آن است بین مولکول ها این اثر مکانیزمی را برای موارد قبلی ارائه کرد انسجام کوانتومی گزارش شده است.

با در نظر گرفتن این موضوع، محققان پیش بینی خود را دوباره محاسبه کردند و به نرخی رسیدند که حدوداً بود سه برابر سریعتر

آزمایشگاه Scholes در نظر دارد پروتئین های مرتبط را برای بررسی بررسی کند آیا این مکانیسم در سایر موجودات فتوسنتزی یافت می شود.

در نهایت، دانشمندان امیدوارند که سیستم های برداشت نور را توسعه دهند با انتقال انرژی عالی با الهام از برداشت قوی نور پروتئین ها

"این مکانیسم یکی دیگر از بیانیه های قدرتمند است بهینه بودن این پروتئین ها" Scholes گفت.