Теперь биофизик из Мичиганского университета и ее группа смогли изобразить момент, когда фотон вызывает первые этапы преобразования энергии в процессе фотосинтеза.При фотосинтезе свет поражает цветные молекулы, которые встроены в белки, называемые светособирающими антенными комплексами.
Эти же молекулы придают деревьям красивый осенний цвет в Мичигане. Оттуда энергия направляется к белку фотосинтетического реакционного центра, который начинает направлять энергию света через процесс фотосинтеза. Конечный продукт?
Кислород в случае растений и энергия для организма.Дженнифер Огилви, профессор физики и биофизики Университета штата Мичиган, изучала центры фотосинтетических реакций у пурпурных бактерий.
Эти центры похожи на реакционные центры растений, за исключением того, что они используют разные пигменты для улавливания и извлечения энергии из света. В реакционных центрах пурпурных бактерий есть шесть пигментов немного разного цвета.
«В фотосинтезе основная архитектура заключается в том, что у вас есть множество светособирающих комплексов антенн, задача которых — собирать световую энергию», — сказал Огилви. «Они наполнены пигментами, чьи относительные позиции стратегически расположены так, чтобы направлять энергию туда, где она должна идти для первых шагов преобразования энергии».Разноцветные пигменты борются с разной энергией света и приспособлены для сбора света, доступного для бактерий. Фотоны возбуждают пигменты, что вызывает передачу энергии в реакционных центрах фотосинтеза.
«Антенны принимают солнечную энергию и создают молекулярное возбуждение, а в реакционном центре возбуждение преобразуется в разделение зарядов», — сказал Огилви. «Вы можете думать об этом как о батарее».Но именно этот момент — момент разделения зарядов — ученые еще не представили четко. Огилви и ее команда смогли сделать снимки, чтобы запечатлеть этот момент, с помощью современной «камеры», называемой двумерной электронной спектроскопией.
В частности, Огилви и ее команда смогли четко определить скрытое состояние или уровень энергии. Это важное состояние для понимания, поскольку оно является ключом к начальному разделению зарядов или моменту начала преобразования энергии во время фотосинтеза. Они также смогли увидеть последовательность шагов, ведущих к разделению зарядов.Это открытие является особым достижением из-за того, как невероятно быстро происходит это преобразование энергии — в течение нескольких пикосекунд.
Пикосекунды — это одна триллионная секунды, невообразимая шкала времени. Медоносная пчела жужжит крыльями 200 раз в секунду.
Первые шаги преобразования энергии в пурпурных бактериях происходят еще до того, как пчела даже подумала о толчке вниз своего первого лоскута.«Из рентгеновской кристаллографии мы очень хорошо знаем структуру системы, но получить структуру и точно предсказать, как она работает, всегда очень сложно», — сказал Огилви. «Лучшее понимание того, где находятся уровни энергии, будет очень полезно для установления структурно-функциональных отношений этих фотосинтетических реакционных центров».Помимо раскрытия тайны фотосинтеза, работа Огилви может помочь понять, как сделать более эффективные солнечные панели.
«Частично моя мотивация к изучению естественной фотосинтетической системы заключается в том, что также существует потребность в разработке более совершенных технологий для сбора солнечной энергии», — сказал Огилви. «Итак, понимая, как это делает природа, мы надеемся, что сможем использовать уроки природы, чтобы помочь в разработке улучшенных материалов для сбора искусственного света».