Photosystem II splitsen van water. De blauwe cirkels zijn water, paars is mangaan, groen is calcium, rood is zuurstof. De verrekening elektronen en de blauwe lijnen zijn de protonen die dienen als steiger.Illustratie: Jan Kern/Berkeley Lab
Een experiment met intense laserpulsen is toegestaan wetenschappers om naar te kijken planten produceren zuurstof uit het water een deel van de fotosynthese in real-time, volgens een baanbrekend nieuw papier.
Fotosynthese correcties kooldioxide in suikers en maakt zuurstof uit het water in de aanwezigheid van zonlicht—het draait de zon om te zetten in bruikbare energie. Wetenschappers hopen te begrijpen deze reactie op te nemen in zonne-energie technologie. Dit nieuwe onderzoek met behulp van één van ‘ s werelds helderste lasers om een beeld van de tussenliggende stappen van de reactie—een film van de reactie die optreedt.
“Het splitsen van Water is een van de meest fundamenteel belangrijke chemische reacties op de planeet,” Uwe Bergmann, principe onderzoeker aan de Stanford PULSE Instituut en een wetenschapper van het papier interdisciplinaire, internationale lijst van auteurs, vertelde Gizmodo.
Planten het uitvoeren van de chemische reacties van de fotosynthese met behulp van twee systemen van eiwitten, photosystems I en II, gehouden in een deel van hun cellen, genaamd de chloroplasten. Photosystem II werd het belang van deze studie. Het maakt gebruik van licht-energie om water te splitsen van moleculen, het maken van elektronen en protonen gebruikt op andere onderdelen van het proces. Dit systeem produceert ook de zuurstof die we inademen. Het water splitsing optreedt in een onderdeel van het photosystem II genaamd de zuurstof-veranderende complex, waar een cluster van mangaan, calcium, en zuurstof atomen. Wetenschapper Bessel Kok voorgesteld in 1970 dat deze regio gaat door een reeks van stappen om water te splitsen.
De onderzoekers belicht elk van deze stappen door ze te controleren met lichtpulsen, volgens het papier dat vandaag wordt gepubliceerd in de Natuur. Het is een enorme prestatie van de precisie van de meting.
Licht regelt deze water-splitsing reactie binnen photosystem II, studie auteur Junko Yano, van het Lawrence Berkeley National Laboratory, uitgelegd aan Gizmodo. Het bestuderen van dit zuurstof-veranderende complex door stralend licht op het “laat ons vastleggen op diverse momenten tijdens de reactie met behulp van een reeks zichtbare flash lichten, en neem dan ‘foto’ s ‘ met x-stralen.”
Beeldvorming van het zuurstof-splitsing proces in actie vereist het maken van kristallen uit photosystem II complexen—dit alleen was al een grote prestatie. De wetenschappers vervolgens moest op alle eiwitten met een puls van licht, zodat ze vervolgens aan elk van de volgende stappen van de water-splitsing cyclus op het juiste moment. Vervolgens nam ze de foto door diffracting een ongelooflijk korte x-ray laser puls uit van het kristal. Dit vernietigt de gekristalliseerde eiwitten, maar niet voor het vastleggen van de identiteit van de moleculen en hoe ze aan elkaar gebonden.
“Het is echt een tour-de-force in termen van het produceren van de kristallen, waardoor ze de juiste knippert, en eindigend met deze tussentijdse staten,” Robert Blankenship, een professor in de biochemie aan de Washington University in Saint Louis, vertelde Gizmodo. “Dit is, denk ik, één van de belangrijkste mijlpalen op deze reis om te begrijpen hoe de zuurstof is eigenlijk gemaakt in deze systemen.”
Het verhaal is nog niet voorbij. Het papier belicht hoe photosystem II splitst water, maar laat het uit hoe de moleculaire zuurstof die we inademen (ook wel O2) vormen. Yano vertelde Gizmodo dat het buitengewoon moeilijk is om beamtime bij SLAC National Accelerator Laboratory van de x-ray laser, een van ‘ s werelds helderste.
En er is meer aan de hand dan alleen het begrijpen van planten. “Als je begrijpt hoe de fotosynthese gebeurt, zal het gemakkelijker zijn om levensvatbare zonne-energie panelen of iets dat zich voldoende kunnen zetten zonne-energie om de energie die we kunnen gebruiken,” studie auteur Ruchira Chatterjee, post-doctoraal onderzoeker aan SLAC National Accelerator Laboratory, vertelde Gizmodo.
Fotosynthese is een wonder—een chemische reactie ontstaan vroeg in de geschiedenis van onze planeet, en op die veel van het leven op Aarde berust. We hebben net schoof weer een stap dichter bij volledig te begrijpen, en misschien is het benutten van het voor onze eigen technologieën.
“We moeten uitvinden om energie op te wekken zonder het maken van kooldioxide,”
Bergmann vertelde Gizmodo. “Je kunt praten over allerlei dingen, maar in mijn mening, en in veel deskundigen zijn van mening, de Zon zal het antwoord zijn.”
[Natuur]
Deel Dit Verhaal