A tudósok felgyorsulnak a fotoszintetikus algák fénygyűjtési titkaival

December 23, 2016 A fotoszintetikus algák évmilliók óta finomítják a fényrögzítési technikájukat.

Ennek eredményeként fénybegyűjtő rendszereik (fényelnyelő fehérjék energiává alakítani) olyan erősek, hogy a tudósok arra törekedtek megérteni és utánozni ezeket a megújuló energiaforrások felhasználására.

A Princetoni Egyetem kutatói most olyan mechanizmust tártak fel, amely növeli a Chroomonas kriptofita algák fénygyűjtési arányát mesostigmatica. A Chem folyóiratban nemrégiben közzétett eredményeik értékes betekintést nyújtanak a mesterséges fénygyűjtés tervezésébe olyan rendszerek, mint a molekuláris érzékelők és a napenergia kollektorok.

A kriptofita algák gyakran olyan organizmusok alatt élnek, amelyek a legtöbbet felszívják a nap sugarai. Ennek eredményeként fejlődtek, hogy boldoguljanak ezeken a fény hullámhosszai, amelyeket a felettük lévő élőlények nem keresnek – főleg a sárga-zöld színek.

Ezt a sárga-zöld fényt gyűjtik energiát, és átengedi egy molekulahálózaton, amely átalakítja azt vörös fény, amit a klorofill molekuláknak végre kell hajtaniuk fontos fotoszintetikus kémia.

A tudósokat mindig is lenyűgözte és izgatta a sebesség az energiaátvitelről. Előrejelzéseik mindig körülbelül háromszorosak voltak lassabb, mint a megfigyelt arány.

"Az energia időskálája áthaladt a fehérjén – soha nem tudtuk megérteni, miért ez a folyamat olyan gyorsan” – mondta Gregory Scholes, a megfelelő szerző, a William S Tod A Princetoni Egyetem kémia professzora.

2010-ben csapata felfedezte, hogy ezek a gyors árfolyamok a kvantumkoherenciának nevezett jelenség, amelyben a molekulák osztoznak elektronikus gerjesztés és energia átvitel kvantum szerint mechanikai valószínűségi törvények a klasszikus fizika helyett. Azonban ők nem tudta pontosan megmagyarázni, hogyan működött a koherencia a díjak felgyorsításában – mostanáig.

Az ultragyors lézerek által lehetővé tett kifinomult módszerrel a A kutatók megmérték a molekulák fényelnyelését és nyomon követték energia áramlik át a rendszeren.

Általában az abszorpciós jelek lennének átfedésben vannak, lehetetlenné téve őket bizonyos molekulákhoz való hozzárendelésüket a fehérje komplex; a csapat azonban élesíteni tudta a jeleket a fehérjék nagyon alacsony hőmérsékletre történő lehűtésével – mondta a vezető szerző Jacob Dean, a Scholes labor posztdoktori kutatója.

A kutatók megfigyelték a rendszert, ahogy az energiát átadták molekuláról molekulára, a nagy energiájú zöld fénytől az alacsonyabb energiájú vörösig fény, a felesleges energia rezgési energiaként elveszik. Ez megmutatta hogy egy adott spektrális mintázat ami „füstölgő pisztoly” volt ahhoz vibrációs rezonancia (vagy vibrációs illesztés) a donor és akceptor molekulák, mondta Dean.

A rezgési illeszkedésnek köszönhetően az energia sokat tudott átadni gyorsabb, mint egyébként a gerjesztés elosztásával molekulák között. A hatás mechanizmust biztosított a korábban kvantumkoherenciáról számolt be.

Ezt szem előtt tartva a kutatók újraszámolta az előrejelzésüket, és olyan árfolyamra jutott, ami kb háromszor gyorsabb.

A Scholes-laboratórium rokon fehérjéket szándékozik tanulmányozni hogy ez a mechanizmus megtalálható-e más fotoszintetikus organizmusokban.

Végül a tudósok remélik, hogy fénybegyűjtő rendszereket fognak kifejleszteni tökéletes energiaátvitellel, amelyet a robusztus fénygyűjtés ihletett fehérjék.

"Ez a mechanizmus még egy erőteljesebb nyilatkozata a ezeknek a fehérjéknek az optimálissága" - mondta Scholes.