Фотосинтез працює не так, як ми думаємо – кажуть науковці

Вчені виявили, що один із найбільш вивчених хімічних процесів у природі – фотосинтез – може працювати не так добре, як ми думали.

Фотосинтез — це процес, за допомогою якого рослини, водорості та деякі бактерії перетворюють вуглекислий газ і воду на кисень і цукор, які використовуються як енергія.

З цією метою організми використовують сонячне світло для окислення або видалення електронів з води та відновлення або віддачі електронів молекулам вуглекислого газу.

Для цих хімічних реакцій потрібні фотосистеми — білкові комплекси, які містять хлорофіл — пігмент, який поглинає світло та надає зеленого кольору листям рослин і водоростям — для передачі електронів між різними молекулами.

True News: Чи можна вирощувати рослини в повній темряві?

У новому дослідженні, опублікованому 22 березня в журналі Nature, дослідники використовують нову техніку, відому як ультрашвидка перехідна абсорбційна спектроскопія, щоб вперше вивчити, як фотосинтез працює на шкалі часу в одну квадрильйонну частку секунди (0,000000000000001 секунди).

Спочатку команда намагалася зрозуміти, як хінони – кільцеподібні молекули,

які можуть викрадати електрони під час хімічних процесів – впливають на фотосинтез. Але замість цього дослідники виявили, що електрони можуть вивільнятися з фотосистем набагато раніше під час фотосинтезу, ніж вчені раніше вважали можливим.

«Ми думали, що просто використовуємо нову техніку, щоб підтвердити те, що ми вже знали», — сказала в заяві співавтор дослідження Дженні Чжан, біохімік, що спеціалізується на фотосинтезі в Кембриджському університеті в Англії. «Натомість ми відкрили абсолютно новий шлях і трохи більше розкрили чорну скриньку фотосинтезу».

Під час фотосинтезу використовуються дві фотосистеми: фотосистема I (PSI) і фотосистема II (PSII). PSII в основному забезпечує електрони для PSI, забираючи їх із молекул води. PSI потім ще більше збуджує електрони перед тим, як вивільнити їх для передачі вуглекислому газу для створення цукру через серію складних етапів.

Попередні дослідження показали, що білкові каркаси в PSI та PSII дуже щільні, що допомагає захоплювати електрони в них, перш ніж вони будуть доставлені туди, де вони потрібні. Але нова техніка надшвидкої спектроскопії виявила,

що білковий каркас є «більш проникним», ніж очікувалося, і що деякі електрони можуть виходити з фотосистем майже одразу після того, як світло поглинається хлорофілом у фотосистемах. Тому ці електрони можуть досягти місця призначення швидше, ніж очікувалося.

True News: Знайдено спосіб вирощувати рослини в суворих умовах Марса

«Новий шлях перенесення електронів, який ми знайшли тут, абсолютно дивовижний», — каже Чжан. «Ми не знали про фотосинтез так багато, як думали».

Витік електронів спостерігався як в ізольованих фотосистемах, так і в «живих» фотосистемах всередині ціанобактерій.На додаток до перепису того, що ми знаємо про фотосинтез, відкриття відкриває нові шляхи для майбутніх досліджень і біотехнологічних застосувань.

Команда вважає, що шляхом «злому» фотосинтезу, щоб вивільнити більше цих електронів на ранніх стадіях, процес може стати набагато ефективнішим, що може допомогти створити рослини, більш стійкі до сонячного світла, або відтворити їх штучно для створення відновлюваних джерел енергії, щоб допомогти боротися зі зміною клімату, йдеться у заяві. Однак, перш ніж це станеться, необхідно провести набагато більше досліджень.