Вчені пришвидшують таємниці фотосинтезуючих водоростей, що збирають світло

December 23, 2016 Мільйони років тому фотосинтезуючі водорості вдосконалювали свою техніку захоплення світла.

Як наслідок, їх світлозбиральні системи (білки, які поглинають світло перетворюватися на енергію) настільки потужні, що вчені шукали розуміти та імітувати їх для використання у відновлюваних джерелах енергії.

Тепер дослідники Прінстонського університету виявили механізм, який підвищує швидкість збирання світла криптофітними водоростями Chroomonas mesostigmatica. Їхні висновки, нещодавно опубліковані в журналі Chem, надати цінну інформацію для розробки штучного збору світла таких систем, як молекулярні датчики та колектори сонячної енергії.

Криптофітові водорості часто живуть нижче організмів, які поглинають більшу частину сонячні промені. У результаті вони еволюціонували, щоб процвітати на них довжини хвилі світла, які не шукають організми над ними – в основному жовто-зелені кольори.

Вони збирають це жовто-зелене світло енергії та пропускають її через мережу молекул, яка перетворює її на червоне світло, те, що повинні виконувати молекули хлорофілу важлива хімія фотосинтезу.

Вчені завжди були зачаровані та інтриговані швидкістю передачі енергії. Їхні передбачення завжди були приблизно тричі повільніше, ніж спостережувані темпи.

"Шкала часу, якою є енергія рухався крізь білок – ми ніколи не могли зрозуміти, чому цей процес так швидко," - сказав кореспондент Грегорі Шоулз, William S Tod Професор хімії Прінстонського університету.

У 2010 році його команда виявила, що такі високі темпи викликані a явище, зване квантовою когерентністю, в якому молекули поділяються електронне збудження та перенесення енергії відповідно до кванта механічні ймовірнісні закони замість класичної фізики. Однак вони не зміг пояснити, як узгодженість працювала для прискорення ставок – дотепер.

Використовуючи складний метод, застосований надшвидкими лазерами, дослідники виміряли поглинання світла молекулами та відстежили потік енергії через систему.

Зазвичай сигнали поглинання будуть перекриваються, що робить їх неможливими для певних молекул всередині білковий комплекс; однак команда змогла посилити сигнали шляхом охолодження білків до дуже низьких температур, сказав провідний автор Джейкоб Дін, докторант у лабораторії Шоулза.

Дослідники спостерігали за системою під час передачі енергії від молекули до молекули, від високоенергетичного зеленого світла до низькоенергетичного червоного світло, причому надлишок енергії втрачається як вібраційна енергія. Це показало що специфічний спектральний узор, який був "димячою рушницею". вібраційний резонанс (або вібраційне узгодження) між донором і акцепторних молекул, сказав Дін.

Завдяки вібраційному узгодженню вдалося передати багато енергії швидше, ніж це було б інакше, шляхом розподілу збудження між молекулами. Ефект забезпечується механізмом попереднього повідомили про квантову когерентність.

Зважаючи на це, дослідники перерахували свій прогноз і дійшли до курсу, який був приблизно втричі швидше.

Лабораторія Шоулза має намір вивчити споріднені білки для дослідження чи існує цей механізм в інших фотосинтезуючих організмах.

Зрештою вчені сподіваються розробити системи збору світла з ідеальною передачею енергії, натхненною надійним збором світла білки.

"Цей механізм є ще одним потужним твердженням оптимальність цих білків," сказав Шоулз.