Unul dintre cele mai bine studiate procese chimice din natura, fotosinteza, poate sa nu functioneze asa cum credeam noi, au descoperit din greseala oamenii de stiinta.
Fotosinteza este procesul prin care plantele, algele si unele bacterii transforma dioxidul de carbon si apa in oxigen si zaharuri pentru a le folosi ca energie. Pentru a face acest lucru, organismele folosesc lumina soarelui pentru a oxida sau a lua electroni din apa; si reduc sau dau electroni moleculelor de dioxid de carbon. Aceste reactii chimice necesita fotosisteme – complexe de proteine care contin clorofila, un pigment care absoarbe lumina si da frunzelor plantelor si algelor culoarea lor verde – pentru a transfera electroni intre diferite molecule.
In noul studiu, publicat pe 22 martie in revista Nature , cercetatorii au folosit pentru prima data o noua tehnica, cunoscuta sub numele de spectroscopie de absorbtie tranzitorie ultrarapida, pentru a studia modul in care functioneaza fotosinteza la o scara de timp de o cvadrilionime de secunda (0,000000000000001 secunda). Echipa a incercat initial sa descopere modul in care chinonele – molecule in forma de inel care pot fura electroni in timpul proceselor chimice – influenteaza fotosinteza. Dar, in schimb, cercetatorii au descoperit ca electronii ar putea fi eliberati din fotosisteme mult mai devreme in timpul fotosintezei decat credeau oamenii de stiinta ca este posibil.
„Ne-am gandit ca folosim o noua tehnica pentru a confirma ceea ce stiam deja”, a declarat coautorul studiului Jenny Zhang , un biochimist specializat in fotosinteza la Universitatea Cambridge din Anglia, intr-un comunicat . „In schimb, am gasit o cale cu totul noua si am deschis putin mai departe cutia neagra a fotosintezei”.
In timpul fotosintezei sunt utilizate doua fotosisteme: fotosistemul I (PSI) si fotosistemul II (PSII). PSII furnizeaza in primul rand electroni PSI prin luarea lor din moleculele de apa: PSI excita apoi electronii inainte de a-i elibera pentru a fi in cele din urma dati dioxidului de carbon pentru a crea zaharuri, printr-o serie de pasi complexe.
Cercetarile anterioare au sugerat ca schelele proteice din PSI si PSII erau foarte groase, ceea ce a ajutat la continerea electronilor in interiorul lor inainte de a fi transmise acolo unde erau necesari. Dar noua tehnica de spectroscopie ultrarapida a dezvaluit ca schelele proteice erau mai „permite” decat se astepta si ca unii electroni ar putea scapa din fotosisteme aproape imediat dupa ce lumina a fost absorbita de clorofila din cadrul fotosistemelor. Prin urmare, acesti electroni ar putea ajunge la destinatii mai repede decat se astepta.
„Noua cale de transfer de electroni pe care am gasit-o aici este complet surprinzatoare”, a spus Zhang. „Nu stiam atat de multe despre fotosinteza pe cat credeam”.
Scurgerea electronilor a fost observata atat in fotosisteme izolate, cat si in cadrul fotosistemelor „vii” din interiorul cianobacteriilor.
Pe langa rescrierea a ceea ce stim despre fotosinteza, descoperirea deschide noi cai pentru cercetari viitoare si aplicatii biotehnologice. Echipa crede ca prin „piratarea” fotosintezei pentru a elibera mai multi dintre acesti electroni in stadiile anterioare, procesul ar putea deveni mult mai eficient, ceea ce ar putea ajuta la producerea de plante care sunt mai rezistente la lumina soarelui sau pot fi replicate artificial pentru a crea surse regenerabile de energie care sa ajute la combatere. schimbarile climatice, potrivit declaratiei. Cu toate acestea, este nevoie de mult mai multe cercetari inainte ca acest lucru sa se intample.
„Multi oameni de stiinta au incercat sa extraga electroni dintr-un punct anterior al fotosintezei, dar au spus ca nu a fost posibil, deoarece energia este atat de ingropata in schela proteica”, a spus Zhang. „Faptul ca le putem [potential] fura intr-un proces anterior este uimitor”.
