科學家快速了解光合作用藻類捕光的秘密

December 23, 2016 自數百萬年前以來，光合藻類一直在改進其捕捉光線的技術。

因此，它們的光捕獲系統（吸收光的蛋白質 轉化為能量）是如此強大以至於科學家一直在尋找 理解並模仿它們以用於再生能源應用。

現在，普林斯頓大學的研究人員揭示了一種機制 提高隱藻 Chroomonas 的光捕獲率 中柱斑。他們的研究結果最近發表在《化學》雜誌上， 為人工光採集的設計提供寶貴的見解 分子感測器和太陽能收集器等系統。

隱藻類通常生活在吸收大部分水分的生物體下方 太陽的光線。結果，他們進化到依靠這些而茁壯成長 上面的生物體不尋求的光波長 – 主要是黃綠色。

他們收集這種黃綠色的光 能量並將其通過分子網絡傳遞，將其轉化為 紅光，葉綠素分子需要執行的操作 重要的光合作用化學。

科學家們一直對速度著迷和好奇 的能量轉移。他們的預測總是大約三倍 比觀察到的速率慢。

「能量的時間尺度 透過蛋白質移動－我們永遠無法理解為什麼這個過程 這麼快，」通訊作者威廉·S·托德 (William S Tod) 格雷戈里·斯科爾斯 (Gregory Scholes) 說道 普林斯頓大學化學教授。

2010 年，他的團隊發現這些快速的速度是由於 稱為量子相干性的現象，其中分子共享 電子激發並根據量子轉移能量 機械機率定律而不是經典物理。然而，他們 無法準確解釋一致性如何加快速度 - 到目前為止。

使用超快雷射實現的複雜方法， 研究人員測量了分子的光吸收並追蹤 通過系統的能量流。

通常吸收訊號會 重疊，使得它們無法分配給內部的特定分子 蛋白質複合物；然而，該團隊能夠增強訊號 主要作者說，透過將蛋白質冷卻到非常低的溫度 雅各‧迪恩 (Jacob Dean)，斯科爾斯實驗室的博士後研究員。

研究人員觀察了該系統，因為能量從 分子到分子，從高能量綠光到低能量紅光 光，多餘的能量以振動能的形式損失掉。這表明 特定的光譜模式是“確鑿證據” 供體和供體之間的振動共振（或振動匹配） 受體分子，迪恩說。

由於振動匹配，能量能夠轉移很多 透過分配激勵比其他方式更快 分子之間。該效應為先前的研究提供了一種機制 報道了量子相干性。

考慮到這一點，研究人員 重新計算了他們的預測並得出了大約 快三倍。

斯科爾斯實驗室打算研究相關蛋白質以進行調查 這種機制是否也存在於其他光合生物中。

最終，科學家希望發展出光收集系統 受強大的光收集啟發，具有完美的能量轉移 蛋白質。

「該機制是對 這些蛋白質的最適性，」斯科爾斯說。