Gli scienziati si aggiornano sui segreti di raccolta della luce delle alghe fotosintetiche

December 23, 2016 Da milioni di anni le alghe fotosintetiche stanno perfezionando la loro tecnica di cattura della luce.

Come risultato, i loro sistemi di raccolta della luce (proteine che assorbono la luce per essere trasformata in energia) sono così potenti che gli scienziati hanno cercato di di comprenderli e imitarli per utilizzarli in applicazioni di energia rinnovabile.

Ora, i ricercatori dell'Università di Princeton hanno rivelato un meccanismo che che aumenta il tasso di raccolta della luce dell'alga criptofita Chroomonas mesostigmatica. Le loro scoperte, pubblicate di recente sulla rivista Chem, forniscono preziose indicazioni per la progettazione di sistemi artificiali di raccolta della luce come sensori molecolari e collettori di energia solare.

Le alghe criptofite vivono spesso al di sotto di organismi che assorbono la maggior parte dei raggi solari. raggi solari. Di conseguenza, si sono evolute per prosperare su quelle lunghezze d'onda della luce non ricercate dagli organismi che si trovano sopra di loro - soprattutto i colori giallo-verdi. Raccolgono l'energia luminosa giallo-verde e la fanno passare attraverso una rete di fibre. e la fanno passare attraverso una rete di molecole che la convertono in luce rossa. luce rossa, di cui le molecole di clorofilla hanno bisogno per eseguire importanti operazioni chimiche di fotosintesi.

Gli scienziati sono sempre stati affascinati e incuriositi dalla rapidità del trasferimento di energia. Le loro previsioni erano sempre circa tre volte più lente rispetto ai tassi osservati.

"Le tempistiche con cui l'energia viene spostata attraverso la proteina viene spostata attraverso la proteina - non siamo mai riusciti a capire perché il processo così veloce", ha dichiarato l'autore corrispondente Gregory Scholes, William S Tod William S Tod, professore di chimica all'Università di Princeton.

Nel 2010, il suo team ha scoperto che questa velocità era dovuta a un fenomeno chiamato "coerenza quantistica". fenomeno chiamato coerenza quantistica, in cui le molecole condividono eccitazione elettronica e trasferiscono l'energia in base a leggi di probabilità meccanica quantistica invece che alla fisica classica. Tuttavia non riuscivano a spiegare esattamente come la coerenza funzionasse per accelerare i tassi - fino ad oggi. Fino ad oggi.

Utilizzando un metodo sofisticato reso possibile da laser ultraveloci, i i ricercatori hanno misurato l'assorbimento della luce da parte delle molecole e hanno seguito il flusso di energia flusso di energia attraverso il sistema.

Normalmente, i segnali di assorbimento si si sovrappongono, rendendo impossibile l'attribuzione a molecole specifiche all'interno del complesso proteico. del complesso proteico; tuttavia, il team è riuscito a rendere più nitidi i segnali raffreddando le proteine a temperature molto basse, ha detto l'autore principale Jacob Dean, ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Scholes.

I ricercatori hanno osservato il sistema mentre l'energia veniva trasferita da una molecola all'altra. molecola a molecola, dalla luce verde ad alta energia alla luce rossa a bassa energia. luce rossa, mentre l'energia in eccesso veniva persa sotto forma di energia vibrazionale. Questo ha dimostrato che uno specifico schema spettrale, "pistola fumante" per la risonanza vibrazionale (o risonanza vibrazionale (o corrispondenza vibrazionale) tra le molecole donatrici e accettatrici, ha spiegato Dean. molecole accettore, ha detto Dean.

Grazie alla corrispondenza vibrazionale, l'energia è stata in grado di trasferirsi molto più velocemente di quanto non avrebbe fatto altrimenti. molto più velocemente di quanto sarebbe stato altrimenti distribuendo l'eccitazione tra le molecole. L'effetto ha fornito un meccanismo per la coerenza coerenza quantistica precedentemente riportata.

In considerazione di ciò, i ricercatori hanno hanno ricalcolato la loro previsione e sono arrivati a una velocità di circa tre volte più veloce.

Il laboratorio di Scholes intende studiare proteine affini per verificare se questo meccanismo si trova in altri organismi fotosintetici. se questo meccanismo sia presente in altri organismi fotosintetici.

Eventualmente, gli scienziati sperano di sviluppare sistemi di raccolta della luce con un trasferimento di energia perfetto, ispirato alle robuste proteine di proteine.

"Questo meccanismo è un'altra potente dichiarazione dell'ottimalità di queste proteine. dell'ottimalità di queste proteine", ha dichiarato Scholes.