研究揭示了光合作用的第一步

光合作用已經(jīng)在這個(gè)星球上推動了超過30億年的生命 - 首先是細(xì)菌，然后是植物 - 但我們并不知道它是如何工作的?，F(xiàn)在，密歇根大學(xué)的生物物理學(xué)家及其團(tuán)隊(duì)已經(jīng)能夠在光子激發(fā)光合作用的第一個(gè)能量轉(zhuǎn)換步驟的瞬間成像。

在光合作用中，光線照射著嵌入蛋白質(zhì)中的有色分子，稱為光捕獲天線復(fù)合物。這些相同的分子在密歇根州為樹木提供了美麗的秋天色從那里，能量被穿梭到光合反應(yīng)中心蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)開始通過光合作用過程從光通過能量。最終產(chǎn)品?在植物的情況下為氧氣，為有機(jī)體提供能量。

UM物理學(xué)和生物物理學(xué)教授Jennifer Ogilvie研究了紫色細(xì)菌的光合作用反應(yīng)中心。這些中心類似于植物中的反應(yīng)中心，除了它們使用不同的顏料來捕獲和從光中提取能量。紫色細(xì)菌的反應(yīng)中心有六種略有不同顏色的顏料。

“在光合作用中，基本的結(jié)構(gòu)是你有很多光捕獲天線復(fù)合物，其工作是收集光能，”Ogilvie說。“它們裝滿了顏料，這些顏料的相對位置具有戰(zhàn)略性的位置，可以將能量引導(dǎo)到能量轉(zhuǎn)換的第一步所需的位置。”

不同顏色的顏料與不同的光能量搏斗，適合收集細(xì)菌可利用的光。光子激發(fā)顏料，觸發(fā)光合作用反應(yīng)中心的能量轉(zhuǎn)移。

“天線吸收太陽能并產(chǎn)生分子激發(fā)，在反應(yīng)中心，激發(fā)轉(zhuǎn)換為電荷分離，”Ogilvie說。“你可以把它想象成電池。”

但正是這一刻 - 電荷分離的時(shí)刻 - 科學(xué)家還沒有清楚地描繪出來。Ogilvie和她的團(tuán)隊(duì)使用一種稱為二維電子光譜學(xué)的最先進(jìn)的“相機(jī)”拍攝快照以捕捉這一時(shí)刻。

特別是，Ogilvie和她的團(tuán)隊(duì)能夠清楚地識別隱藏的狀態(tài)或能量水平。這是一個(gè)重要的理解狀態(tài)，因?yàn)樗浅跏茧姾煞蛛x的關(guān)鍵，或者是光合作用期間能量轉(zhuǎn)換開始的關(guān)鍵時(shí)刻。他們還能夠見證導(dǎo)致電荷分離的一系列步驟。

這一發(fā)現(xiàn)是一項(xiàng)特別的成就，因?yàn)檫@種能量轉(zhuǎn)換在幾皮秒的范圍內(nèi)發(fā)生的速度是多么不可能。皮秒是一萬億分之一秒，是一個(gè)難以想象的時(shí)間尺度。一只蜜蜂每秒嗡嗡叫它的翅膀200次。紫色細(xì)菌內(nèi)的第一個(gè)能量轉(zhuǎn)換步驟發(fā)生在蜜蜂甚至想到其第一個(gè)皮瓣向下推動之前。

“從X射線晶體學(xué)，我們非常了解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，但采用結(jié)構(gòu)并準(zhǔn)確預(yù)測其工作方式總是非常棘手，”Ogilvie說。“更好地了解能量水平在哪里將有助于建立這些光合作用反應(yīng)中心的結(jié)構(gòu) - 功能關(guān)系。”

除了有助于揭開光合作用的神秘面紗之外，Ogilvie的工作還可以幫助我們了解如何制造更高效的太陽能電池板。

“我的動機(jī)是研究自然的光合系統(tǒng)的一部分，是有也需要開發(fā)更先進(jìn)的技術(shù)為收獲太陽能能源，”奧格爾維說。“因此，通過了解大自然如何做到這一點(diǎn)，我們希望我們可以利用大自然的教訓(xùn)來幫助指導(dǎo)用于人工采光的改良材料的開發(fā)。

鄭重聲明：本文版權(quán)歸原作者所有，轉(zhuǎn)載文章僅為傳播更多信息之目的，如有侵權(quán)行為，請第一時(shí)間聯(lián)系我們修改或刪除，多謝。

推薦內(nèi)容