Bilim insanları fotosentetik alglerin ışık toplayan sırlarını keşfetmeye devam ediyor

December 23, 2016 Milyonlarca yıl öncesinden beri, fotosentetik algler ışığı yakalama tekniklerini geliştiriyorlar.

Sonuç olarak, ışık toplama sistemleri (ışığı emen proteinler) enerjiye dönüştürülecek) o kadar güçlü ki, bilim adamları yenilenebilir enerji uygulamalarında kullanmak üzere bunları anlamak ve taklit etmek.

Şimdi, Princeton Üniversitesi'ndeki araştırmacılar bir mekanizmayı ortaya çıkardılar: Kriptofit alg Chroomonas'ın ışık toplama oranlarını artırır mesostigmatica. Yakın zamanda Chem dergisinde yayınlanan bulguları, yapay ışık hasadının tasarımı için değerli bilgiler sağlar moleküler sensörler ve güneş enerjisi toplayıcıları gibi sistemler.

Kriptofit algler genellikle suyun çoğunu emen organizmaların altında yaşar. Güneş ışınları. Sonuç olarak, bunlar üzerinde başarılı olmak için geliştiler. Üstlerindeki organizmalar tarafından aranmayan ışık dalga boyları esas olarak sarı-yeşil renkler.

Bu sarı-yeşil ışığı topluyorlar enerjiye dönüştürür ve onu enerjiye dönüştüren bir molekül ağından geçirir kırmızı ışık, klorofil moleküllerinin gerçekleştirmesi gereken bir şey önemli fotosentetik kimya.

Bilim insanları her zaman hıza hayran kalmış ve ilgilerini çekmiştir. enerji transferinden kaynaklanmaktadır. Tahminleri her zaman yaklaşık üç katıydı gözlemlenen hızlardan daha yavaştır.

"Enerjinin zaman ölçekleri proteinin içinden geçtik – bu sürecin nedenini hiçbir zaman anlayamadık çok hızlı" dedi ilgili yazar Gregory Scholes, William S Tod Princeton Üniversitesi'nde Kimya Profesörü.

2010 yılında ekibi, bu yüksek oranların bir nedenden kaynaklandığını keşfetti. Moleküllerin paylaştığı kuantum tutarlılığı adı verilen olay Kuantuma göre elektronik uyarım ve enerji aktarımı klasik fizik yerine mekanik olasılık yasaları. Ancak onlar oranları hızlandırmak için tutarlılığın nasıl çalıştığını tam olarak açıklayamadı - şimdiye kadar.

Ultra hızlı lazerlerin sağladığı gelişmiş bir yöntem kullanılarak, araştırmacılar moleküllerin ışık emilimini ölçtüler ve Sistemdeki enerji akışı.

Normalde emilim sinyalleri üst üste gelmeleri onları belirli moleküllere atamayı imkansız hale getirir. protein kompleksi; ancak ekip sinyalleri keskinleştirmeyi başardı baş yazar, proteinleri çok düşük sıcaklıklara kadar soğutarak Jacob Dean, Scholes laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı.

Araştırmacılar sistemi enerjinin aktarıldığı sırada gözlemlediler. Yüksek enerjili yeşil ışıktan düşük enerjili kırmızıya kadar molekülden moleküle fazla enerji titreşim enerjisi olarak kaybolur. Bu gösterdi için "dumanı tüten silah" olan spesifik bir spektral desen donör ve donör arasındaki titreşim rezonansı (veya titreşim uyumu) Alıcı moleküller, dedi Dean.

Titreşim uyumu sayesinde enerjinin büyük bir kısmı aktarılabildi Uyarıyı dağıtarak aksi takdirde olacağından daha hızlı moleküller arasındadır. Bu etki daha önce olanlar için bir mekanizma sağladı kuantum tutarlılığı bildirdi.

Bunu akılda tutarak, araştırmacılar tahminlerini yeniden hesapladılar ve yaklaşık olarak bir orana ulaştılar. üç kat daha hızlı.

Scholes laboratuvarı ilgili proteinleri araştırmayı planlıyor bu mekanizmanın diğer fotosentetik organizmalarda bulunup bulunmadığı.

Sonunda bilim insanları ışık toplayan sistemler geliştirmeyi umuyorlar Sağlam ışık hasadından ilham alan mükemmel enerji aktarımı proteinler.

"Bu mekanizma, Bu proteinlerin optimalliği" dedi Scholes.