Naukowcy nabierają prędkości w zbieraniu światła przez fotosyntetyzujące algi.

December 23, 2016 Od milionów lat fotosyntetyzujące algi udoskonalają swoją technikę przechwytywania światła.

W rezultacie ich systemy zbierania światła (białka, które pochłaniają światło są tak potężne, że naukowcy starali się je zrozumieć i naśladować, aby naukowcy starali się je zrozumieć i naśladować, aby wykorzystać je w zastosowaniach związanych z energią odnawialną.

Teraz naukowcy z Uniwersytetu Princeton ujawnili mechanizm, który zwiększa szybkość zbierania światła przez glony kryptofitowe Chroomonas mesostigmatica. Ich odkrycia, opublikowane niedawno w czasopiśmie Chem, zapewniają cenny wgląd w projektowanie sztucznych systemów zbierania światła takich jak czujniki molekularne i kolektory energii słonecznej.

Kryptofity często żyją poniżej organizmów, które pochłaniają większość promieni słonecznych. promieni słonecznych. W rezultacie ewoluowały, aby rozwijać się na tych długości fal światła, które nie są poszukiwane przez organizmy znajdujące się nad nimi - głównie kolory żółto-zielone. Głównie żółto-zielone kolory.

Zbierają tę żółto-zieloną energię światła i przepuszczają je przez sieć cząsteczek, które przekształcają je w światło czerwone. czerwone światło, coś, czego cząsteczki chlorofilu potrzebują do wykonania ważnej chemii fotosyntetycznej.

Naukowcy zawsze byli zafascynowani i zaintrygowani szybkością transferu energii. transferu energii. Ich przewidywania były zawsze około trzy razy wolniejsze niż obserwowane prędkości.

"Skale czasowe, w których energia jest przenoszona przez białko - nigdy nie mogliśmy zrozumieć, dlaczego ten proces tak szybko" - powiedział autor korespondencyjny Gregory Scholes, profesor chemii William S Tod profesor chemii na Uniwersytecie Princeton.

W 2010 roku jego zespół odkrył, że te szybkie tempo było spowodowane zjawisko zwane koherencją kwantową, w którym cząsteczki dzielą się elektronicznego wzbudzenia i przekazują energię zgodnie z prawami prawdopodobieństwa mechanicznymi prawami prawdopodobieństwa zamiast fizyki klasycznej. Jednakże nie byli jednak w stanie dokładnie wyjaśnić, w jaki sposób koherencja przyspiesza szybkość - aż do teraz. aż do teraz.

Używając wyrafinowanej metody umożliwionej przez ultraszybkie lasery, naukowcy naukowcy zmierzyli absorpcję światła przez cząsteczki i śledzili przepływ energii przez system. przepływ energii przez system.

Normalnie sygnały absorpcyjne nakładały się na siebie, uniemożliwiając przypisanie ich do konkretnych cząsteczek w kompleksie białkowym. kompleksu białkowego; jednak zespół był w stanie wyostrzyć sygnały poprzez schłodzenie białek do bardzo niskich temperatur, powiedział główny autor badań Jacob Dean, badacz podoktorancki w laboratorium Scholesa.

Naukowcy obserwowali system, gdy energia była przenoszona z od cząsteczki do cząsteczki, od wysokoenergetycznego światła zielonego do niżejenergetycznego światła czerwonego. z nadmiarem energii traconej jako energia wibracyjna. To pokazało że specyficzny wzór widmowy, który był "dymiącym pistoletem" dla rezonansu wibracyjnego (lub dopasowania wibracyjnego) między cząsteczkami donora i akceptorem, powiedział Dean.

Dzięki dopasowaniu wibracyjnemu energia była w stanie przenosić się znacznie szybciej niż szybciej niż w przeciwnym razie poprzez dystrybucję wzbudzenia między cząsteczkami. Efekt ten dostarczył mechanizmu dla wcześniej zgłaszanej wcześniej koherencji kwantowej.

Mając to na uwadze, naukowcy ponownie obliczyli swoje przewidywania i uzyskali szybkość, która była około trzy razy szybciej.

Laboratorium Scholesa zamierza zbadać pokrewne białka, aby sprawdzić czy mechanizm ten występuje u innych organizmów fotosyntetyzujących.

Naukowcy mają nadzieję na opracowanie systemów zbierania światła z doskonałym transferem energii inspirowanym solidnymi białkami zbierającymi światło. białka.

"Mechanizm ten jest jeszcze jednym mocnym potwierdzeniem optymalności tych białek" - powiedział Scholes.