Ученые разбираются в секретах светособирания фотосинтезирующих водорослей

December 23, 2016 Миллионы лет назад фотосинтезирующие водоросли совершенствовали свою технику улавливания света.

В результате их светособирающие системы (белки, поглощающие свет) превратиться в энергию) настолько мощны, что ученые начали искать понять и имитировать их для использования в приложениях возобновляемой энергетики.

Теперь исследователи из Принстонского университета раскрыли механизм, который увеличивает скорость сбора света криптофитными водорослями Chroomonas мезостигматика. Их выводы, недавно опубликованные в журнале Chem, предоставить ценную информацию для проектирования систем сбора искусственного света. системы, такие как молекулярные датчики и коллекторы солнечной энергии.

Водоросли-криптофиты часто живут под организмами, поглощающими большую часть солнечные лучи. В результате они развились, чтобы процветать на этих длины волн света, не востребованные организмами над ними - в основном желто-зеленые цвета.

Они собирают этот желто-зеленый свет. энергию и передать ее через сеть молекул, которая преобразует ее в красный свет, то, что должны выполнять молекулы хлорофилла важная фотосинтетическая химия.

Ученых всегда восхищала и интриговала скорость передачи энергии. Их прогнозы всегда оправдывались примерно в три раза. медленнее наблюдаемых темпов.

"Сроки, в течение которых энергия перемещался через белок – мы никогда не могли понять, почему этот процесс так быстро", - сказал корреспондент Грегори Скоулз, Уильям С. Тод. Профессор химии Принстонского университета.

В 2010 году его команда обнаружила, что такие высокие темпы были вызваны явление, называемое квантовой когерентностью, при котором молекулы разделяют электронное возбуждение и передача энергии по квантовому принципу механические законы вероятности вместо классической физики. Однако они не смог объяснить, как именно слаженность способствовала ускорению темпов – до настоящего времени.

Используя сложный метод, основанный на сверхбыстрых лазерах, Исследователи измерили поглощение света молекулами и отследили поток энергии через систему.

Обычно сигналы поглощения перекрываются, что делает невозможным их отнесение к конкретным молекулам внутри белковый комплекс; однако команде удалось обострить сигналы охлаждая белки до очень низких температур, сказал ведущий автор Джейкоб Дин, научный сотрудник лаборатории Скоулза.

Исследователи наблюдали за системой, когда энергия передавалась от Молекула за молекулой, от высокоэнергетического зеленого света к низкоэнергетическому красному свет, при этом избыточная энергия теряется в виде вибрационной энергии. Это показало что конкретный спектральный узор, который был «дымящимся пистолетом» для колебательный резонанс (или колебательное согласование) между донором и молекулы-акцепторы, сказал Дин.

Благодаря вибрационному согласованию энергия смогла передать многое быстрее, чем это было бы в противном случае, распределяя возбуждение между молекулами. Эффект обеспечил механизм для ранее сообщил о квантовой когерентности.

Имея это в виду, исследователи пересчитали свой прогноз и пришли к скорости, которая была примерно в три раза быстрее.

Лаборатория Шоулза намерена изучить родственные белки, чтобы исследовать обнаружен ли этот механизм у других фотосинтезирующих организмов.

В конечном итоге ученые надеются разработать системы сбора света с идеальной передачей энергии, вдохновленной надежным светособирающим устройством белки.

"Этот механизм является еще одним мощным утверждением оптимальность этих белков», — сказал Скоулз.