Photosystem II spaltning af vand. De blå cirkler er vand, lilla er mangan, grøn er calcium, rød er ilt. Netting er elektroner og de blå linier er protoner, der fungerer som stillads.Illustration: Jan Kern/Berkeley Lab
Et eksperiment ved hjælp af intens laser pulser har gjort det muligt for forskerne at se planterne producerer ilt fra vandet del af fotosyntesen i real tid, i henhold til en banebrydende nye papir.
Fotosyntese rettelser kuldioxid til sukker og skaber ilt ud af vand i tilstedeværelse af sollys—det viser solen til brugbar energi. Håber forskerne at forstå, at denne reaktion og indarbejde det i solenergi teknologi. Denne nye undersøgelse med en af verdens dygtigste lasere til at fremlægge et synspunkt af de mellemliggende trin i reaktionen—en film af den reaktion, der opstår.
“Vand spaltning er en af de fundamentalt vigtige kemiske reaktioner på planeten,” Uwe Bergmann, princippet forsker på Stanford PULS Institut og en forsker fra det papir, der er tværfaglige, internationale liste af forfattere, fortalte Gizmodo.
Planter udføre kemiske reaktioner af fotosyntesen ved hjælp af to systemer af proteiner, photosystems i og II, der blev afholdt i en del af deres celler kaldet kloroplaster. Photosystem II var interesse for denne undersøgelse. Det bruger lys energi til at spalte vandmolekyler, oprettelse af elektroner og protoner, der anvendes på andre dele af processen. Dette system også producerer den ilt, vi indånder. Vandet opdeling forekommer i en del af photosystem II kaldes den ilt, der udvikler komplekse, hvor der er en klynge af mangan, calcium, og ilt-atomer. Videnskabsmand Bessel Kok foreslog i 1970, at denne region går gennem en række trin til at spalte vand.
Forskerne afbildet hvert af disse trin, ved at kontrollere dem med lysimpulser, i henhold til det papir, der er offentliggjort i dag i Naturen. Det er en enorm præstation af præcision måling.
Lyset der styrer dette vand-opdeling reaktion i photosystem II, undersøgelse forfatter Junko Yano, fra Lawrence Berkeley National Laboratory, har forklaret, at Gizmodo. Studier af denne ilt, der udvikler komplekse af skinnende lys på det “lader os fange forskellige tidspunkter i løbet af reaktion ved hjælp af en sekvens af synlige flash lys, og derefter tage “billeder” med x-stråler.”
Imaging ilt-at opdele processen i handling nødvendigt først at oprette krystaller ud af photosystem II komplekser—det er i sig selv en stor bedrift. Forskerne så havde ramt alle de proteiner med en puls af lys, så de fortsatte til hver af de næste trin i vand-opdeling cyklus på det helt rigtige tidspunkt. Derefter, de tog billede af diffracting en utrolig kort x-ray laser-puls ud af den krystal. Dette ødelægger den krystalliserede proteiner, men ikke før du tager identiteten af de molekyler, og hvordan de er bundet til en anden.
“Det er virkelig en tour-de-force i form af produktion af de krystaller, der giver dem de rette, blinker, og slutter med disse mellemliggende stater,” Robert Blankenship, en professor i biokemi ved Washington University i Saint Louis, fortalte Gizmodo. “Det er, tror jeg, en af de vigtigste milepæle på denne rejse, for at forstå, hvordan ilt er faktisk lavet i disse systemer.”
Historien er ikke slut endnu. Det papir, der belyser, hvordan photosystem II deler vand, men det efterlader ud af, hvordan molekylær ilt, vi ånde (også kaldet O2) former. Japanerne fortalte Gizmodo, at det var overordentlig vanskeligt at få beamtime på SLAC National Accelerator Laboratory ‘ s x-ray laser, en af verdens dygtigste.
Og der er mere til historien end bare forståelse planter. “Hvis du forstår, hvordan fotosyntese sker, vil det være lettere at gøre rentabel solenergi paneler eller noget, der i tilstrækkelig grad kan omdanne solens energi til energi, som vi kan bruge,” undersøgelsen forfatter Ruchira Chatterjee, post-ph.d. – stipendiat ved SLAC National Accelerator Laboratory, fortalte Gizmodo.
Fotosyntese er en marvel—en kemisk reaktion, der udviklede sig tidligt i historien for vores planet, og hvor meget af Jordens liv afhænger af. Vi har lige sneg sig endnu et skridt nærmere til fuldt ud at forstå det, og måske udnytte det til vores egen teknologi.
“Vi er nødt til at finde ud af at skabe energi uden at skabe kuldioxid,”
Bergmann fortalte Gizmodo. “Du kan tale om alle mulige ting, men i min mening, og i mange eksperters udtalelser, vil Solen være svaret.”
[Naturen]
Dele Denne Historie