Khoa học Thứ bảy, ngày 22/2/2020

Các nhà khoa học làm sáng tỏ bí ẩn của quang hợp

Các nhà khoa học đã giải quyết một phần quan trọng của bí ẩn quang hợp, tập trung vào các sự kiện cực nhanh ban đầu, qua đó các protein quang hợp thu được ánh sáng và sử dụng nó để bắt đầu một loạt các phản ứng chuyển electron.

Ảnh minh họa
Ảnh minh họa
Thực vật đã khai thác năng lượng của mặt trời trong hàng trăm triệu năm.

Tảo và vi khuẩn quang hợp đã làm như vậy lâu hơn nữa, tất cả đều có hiệu quả và khả năng phục hồi vượt trội.

Do đó, không có gì lạ khi các nhà khoa học từ lâu đã tìm cách hiểu chính xác cách họ làm điều này, hy vọng sử dụng kiến ​​thức này để cải thiện các thiết bị do con người tạo ra như tấm pin mặt trời và cảm biến.

Các nhà khoa học thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE), hợp tác chặt chẽ với các cộng tác viên tại Đại học Washington ở St. Louis, gần đây đã giải quyết một phần quan trọng của bí ẩn lâu đời này, phát hiện ra các sự kiện cực nhanh, qua đó các protein quang hợp thu ánh sáng và sử dụng nó để bắt đầu một loạt các phản ứng dịch chuyển electron.

"Để hiểu làm thế nào sinh học thúc đẩy tất cả các hoạt động khắc của nó, bạn phải hiểu chuyển điện tử", nhà sinh lý học Argonne Philip Laible nói. "Sự chuyển động của các điện tử là rất quan trọng: đó là cách thức hoàn thành công việc bên trong một tế bào."

Ở các sinh vật quang hợp, các quá trình này bắt đầu bằng sự hấp thụ một photon ánh sáng bởi các sắc tố được định vị trong protein.

Mỗi photon đẩy một electron qua một màng nằm bên trong các ngăn chuyên biệt trong tế bào.

"Sự phân tách điện tích trên một màng - và sự ổn định của nó - rất quan trọng vì nó tạo ra năng lượng làm tăng sinh tế bào", nhà sinh hóa học Argonne Deborah Hanson nói.

Nhóm nghiên cứu của Đại học Argonne và Washington đã đạt được cái nhìn sâu sắc có giá trị về các bước ban đầu trong quy trình này: hành trình của điện tử.

Gần 35 năm trước, khi cấu trúc đầu tiên của các loại phức hợp này được công bố, các nhà khoa học đã ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng sau khi hấp thụ ánh sáng, các quá trình chuyển điện tử phải đối mặt với một vấn đề nan giải: có hai con đường có thể cho electron di chuyển.


Trong tự nhiên, thực vật, tảo và vi khuẩn quang hợp chỉ sử dụng một trong số chúng - và các nhà khoa học không biết tại sao.

Những gì họ đã biết là lực đẩy của electron trên màng - thu hoạch hiệu quả năng lượng của photon - đòi hỏi nhiều bước.

Các nhà khoa học của Argonne và Đại học Washington đã tìm cách can thiệp vào từng người trong số họ để thay đổi quỹ đạo của electron.

Dewey Holten, nhà hóa học tại Đại học Washington, cho biết: "Chúng tôi đã đi trên con đường này trong hơn ba thập kỷ và đó là một thành tựu lớn mở ra nhiều cơ hội".

Bài báo gần đây của các nhà khoa học, "Chuyển đổi bên - Phân tách điện tích chính được tái cấu trúc trong trung tâm phản ứng quang hợp của vi khuẩn", được công bố trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, cho thấy cách họ phát hiện ra một phiên bản kỹ thuật của phức hợp protein này đã thay đổi việc sử dụng các con đường, cho phép cái không hoạt động trong khi vô hiệu hóa cái kia.

"Điều đáng chú ý là chúng tôi đã xoay sở để chuyển hướng chuyển điện tử ban đầu", Christine Kirmaier, nhà hóa học và lãnh đạo dự án của Đại học Washington cho biết. "Trong tự nhiên, electron chọn một con đường 100% thời gian. Nhưng thông qua những nỗ lực của chúng tôi, chúng tôi đã có thể khiến electron chuyển sang một con đường thay thế 90% thời gian. Những khám phá này đặt ra những câu hỏi thú vị cho nghiên cứu trong tương lai."

Nhờ nỗ lực của họ, các nhà khoa học giờ đây đã gần gũi hơn bao giờ hết để có thể thiết kế các hệ thống chuyển điện tử trong đó họ có thể gửi một electron xuống theo con đường họ chọn.

"Điều này rất quan trọng vì chúng tôi đang đạt được khả năng khai thác dòng năng lượng để hiểu các nguyên tắc thiết kế sẽ dẫn đến các ứng dụng mới của các hệ thống phi sinh học", Laible nói. "Điều này sẽ cho phép chúng tôi cải thiện đáng kể hiệu quả của nhiều thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời, có khả năng làm cho chúng nhỏ hơn rất nhiều. Chúng tôi có một cơ hội to lớn ở đây để mở ra những quy tắc hoàn toàn mới về các phản ứng sinh hóa điều khiển bằng ánh sáng, những thứ chưa được hình dung bởi nếu chúng ta có thể làm điều đó, thì đó là rất lớn. "

Nguồn: Phòng thí nghiệm quốc gia DOE / Argonne
- Các thông tin về thuốc trên Thuocbietduoc.com.vn chỉ mang tính chất tham khảo - Khi dùng thuốc cần tuyệt đối tuân theo theo hướng dẫn của Bác sĩ
- Chúng tôi không chịu trách nhiệm về bất cứ hậu quả nào xảy ra do tự ý dùng thuốc dựa theo các thông tin trên Thuocbietduoc.com.vn
>
"Thông tin Thuốc và Biệt Dược" - Giấy phép ICP số 235/GP-BC.
© Copyright Thuocbietduoc.com.vn - Email: contact@thuocbietduoc.com.vn