Wetenschappers merken die ongrijpbare ontbrekende stap op in de laatste fase van fotosynthese

Onderzoekers bij SLAC National Accelerator Laboratory en Lawrence Berkeley National Laboratory (samen met medewerkers in Zweden, Duitsland en het VK) nieuw licht werpen In de laatste stap van fotosynthese. Ze observeerden in atomair detail hoe Photosystem II, een eiwitcomplex dat in planten voorkomt, een transformatie ondergaat die resulteert in het verlies van een extra zuurstofatoom. Wetenschappers geloven dat de ontdekkingen zullen helpen bij het opstellen van een routekaart voor het verbeteren van schone energiebronnen. “Het zal de manier waarop we over Systeem Twee denken echt veranderen”, zegt Uwe Bergmann, een wetenschapper en professor aan de Universiteit van Wisconsin-Madison, die co-auteur was van het artikel.

De onderzoekers namen “ultrahoge resolutiebeelden” van verschillende stadia van het proces (bij kamertemperatuur), waardoor ze nieuw inzicht kregen in hoe en waar zuurstof precies wordt geproduceerd. Honkbal kan een eenvoudige (zij het enigszins geforceerde) metafoor bieden om het proces te illustreren. “Het centrum doorloopt vier stabiele oxidatietoestanden, gedefinieerd als S0 tot en met S3, bij blootstelling aan zonlicht”, legt SLAC uit. “Op een honkbalveld zal S0 de starter van het spel zijn wanneer de speler in huis klaar is om te slaan. S1-S3 zijn spelers op de eerste, tweede en derde plaats.” Op basis van deze metafoor geeft het beslag dat contact maakt met de voorlopers aan dat het beslag een foton zonlicht absorbeert. “Wanneer de vierde bal wordt geraakt, glijdt de speler naar huis, scoort een punt of, in het geval van het tweede beeldsysteem, laat een molecuul ademende zuurstof vrij.” Het is die laatste fase (S4, tussen de derde basis en het glijdende huis in onze metafoor) die ze voor het eerst hebben afgebeeld, waar twee zuurstofatomen zich binden om een ​​zuurstofmolecuul vrij te maken, waardoor extra stappen worden onthuld die we nog niet eerder hebben gezien.

De onderstaande video toont het proces en de ontdekkingen van het team.

“De meeste processen die inadembare zuurstof produceren, vinden plaats in deze laatste stap”, zegt Vital Yachandra, een Berkeley Lab-wetenschapper en co-auteur van het artikel. Geplaatst in natuur. “Maar er zijn veel dingen aan de hand in verschillende delen van het tweede beeldsysteem en ze moeten uiteindelijk allemaal samenkomen om de reactie succesvol te laten zijn. Net als bij honkbal spelen factoren als de positie van de bal en de positie van de honkman en veldspelers beïnvloeden de bewegingen die de speler maakt om de thuisbasis te bereiken, de omgeving van het eiwit rond het katalytische centrum beïnvloedt hoe deze interactie plaatsvindt.”

De onderzoekers verwachten later dit jaar de röntgenstralen te upgraden om meer licht op het proces te werpen. Het gebruikt een herhalingsfrequentie van 1 miljoen slagen per seconde, een stijging ten opzichte van de 120 slagen per seconde die in dit experiment werden gebruikt. “Met deze upgrades kunnen we in slechts een paar uur tijd gegevens van meerdere dagen verzamelen”, aldus Bergman. “We zullen ook zachte röntgenstralen kunnen gebruiken om de chemische veranderingen die in het systeem optreden beter te begrijpen. Deze nieuwe mogelijkheden zullen dit onderzoek blijven stimuleren en een nieuw licht werpen op het proces van fotosynthese.”

Het team gelooft dat de bevindingen hen zullen helpen “kunstmatige fotosynthesesystemen te ontwikkelen die fotosynthese nabootsen om natuurlijk zonlicht te oogsten om kooldioxide om te zetten in waterstof en op koolstof gebaseerde brandstoffen.” Jean Kern, co-auteur en een andere Berkley Lab-wetenschapper, zei: “Hoe meer we weten over hoe de natuur dit doet, hoe dichter we bij het gebruik van deze principes komen in door mensen gemaakte processen, inclusief ideeën over kunstmatige fotosynthese als schone en duurzame energie.” bron.”

Alle door Engadget aanbevolen producten worden geselecteerd door onze redactie, onafhankelijk van het moederbedrijf. Sommige van onze verhalen bevatten gelieerde links. Als u iets koopt via een van deze links, kunnen we een aangesloten commissie verdienen. Alle prijzen zijn correct op het moment van publicatie.