Zkoumání fotosyntézy – cesta k výkonnějším energetickým zařízením
12.5.2020 |
Vědci z Argonské národní laboratoře Ministerstva energetiky Spojených států amerických a z Washingtonské univerzity v St. Louis odhalili důležitou část starobylého tajemství fotosyntézy. Díky jejich práci byly objeveny a popsány ultrarychlé události, které se odehrávají na počátku fotosyntézy a díky nimž fotosyntetické proteiny zachycují světlo využitelné pro zahájení řady reakcí přenosu elektronů.
Rostliny a další fotosyntetické organismy, jako jsou řasy a některé bakterie, využívají sluneční energii po stovky milionů let. Celý proces probíhá u většiny z nich stále stejným způsobem, který nejsou nuceny nikterak měnit díky jeho pozoruhodné efektivitě. Není proto divu, že se vědci snaží principu fotosyntézy již dlouhou dobu porozumět s cílem jeho využití k vylepšení různých zařízení, např. solárních panelů.
Americký výzkumný tým získal cenné informace o počáteční etapě fotosyntézy - cestě elektronů. Pohyb elektronů je podle názoru biofyzika Argonské laboratoře Philipa Laibleho ve fotosyntéze rozhodující. Vše začíná ve chvíli, kdy je foton absorbován světlými pigmenty lokalizovanými v proteinech. Každý foton pak pohání elektron přes membránu uvnitř specializovaných kompartmentů v buňce.
Struktura fotosyntetických komplexů byla objevena téměř před 35 lety. Bylo zjištěno, že existují dvě cesty, kterými elektron může putovat. Rostliny, řasy a fotosyntetické bakterie ale používají pouze jednu z nich. Výzkumnému týmu se podařilo do této cesty zasáhnout a změnit trajektorii a směr přenosu elektronů.
Christine Kirmaierová, pracovnice Washingtonské univerzity a vedoucí projektu, dodala, že v přírodě si elektrony postupem času vybraly pouze jednu cestu, jíž využívají na 100 %. Vědci dokázali elektrony přimět, aby používali v 90 % případů cestu alternativní, a jsou tak nyní blíže k tomu, aby byli schopni navrhnout systémy pro přenos elektronů, ve kterých mohou posílat elektron po zvolené cestě.
Závěry studie představují slibné perspektivy pro budoucí výzkum. „Tento objev je velmi důležitý, díky němu získáváme schopnost používat tok energie. To umožní pochopení principů, které povedou k novým aplikacím v abiotických systémech", uvedl Laible. „Budeme moci výrazně zlepšit účinnost mnoha solárních zařízení a případně je mnohonásobně zmenšit. Máme tu obrovskou příležitost otevřít zcela nové obory pro biochemické reakce řízené světlem.“