Фотасінтэз працуе не так, як лічылася раней, заявілі навукоўцы

Даследнікі выпадкова выявілі, што адзін з найболей добра вывучаных хімічных працэсаў у прыродзе, фотасінтэз, можа працаваць не зусім так, як лічылася раней, паведамляе праект Live Science.

Фотасінтэз — гэта працэс, з дапамогай якога расліны, багавінне і некаторыя бактэрыі пераўтвораць вуглякіслы газ і ваду ў кісларод і цукру для выкарыстання ў якасці энергіі. Для гэтага арганізмы выкарыстоўваюць сонечнае святло, каб акісляць ваду ці забіраць у яе электроны, а таксама аднаўляць ці аддаваць электроны малекулам вуглякіслага газу. Гэтыя хімічныя рэакцыі патрабуюць, каб фотасістэмы - бялковыя комплексы, якія змяшчаюць хларафіл, пігмент, які паглынае святло і надае лісцю раслін і багавінню зялёны колер, - перадавалі электроны паміж рознымі малекуламі.

У новым даследаванні, апублікаваным 22 сакавіка ў часопісе Nature, даследчыкі ўпершыню выкарыстоўвалі новы метад, вядомы як звышхуткая спектраскапія пераходнага паглынання, для вывучэння таго, як працуе фотасінтэз у маштабе адной квадрыльённай секунды (0,0000000000000000 секунды). Першапачаткова каманда спрабавала высветліць, як хіноны – колцападобныя малекулы, якія могуць красці электроны падчас хімічных працэсаў, – уплываюць на фотасінтэз. Але замест гэтага даследнікі выявілі, што электроны могуць вызваляцца з фотасістэм значна раней, чым лічылася магчымым раней.

«Мы думалі, што проста выкарыстоўваем новую тэхніку, каб пацвердзіць тое, што ўжо ведалі», — гаворыцца ў заявлении суаўтара даследаванняДжэні Чжан, біяхіміка, які спецыялізуецца на фотасінтэзе ў Кембрыджскім універсітэце ў Англіі. «Замест гэтага мы знайшлі зусім новы шлях і крыху прыадчынілі чорную скрыню фотасінтэзу».

Пры фотасінтэзе выкарыстоўваюцца дзве фотасістэмы: фотасістэма I (PSI) і фотасістэма II (PSII). PSII у першую чаргу забяспечвае PSI электронамі, здабываючы іх з малекул вады: затым PSI дадаткова ўзбуджае электроны, перш чым вызваліць іх, каб у канчатковым выніку аддаць вуглякісламу газу для адукацыі цукроў з дапамогай серыі складаных этапаў.

Мінулыя даследаванні паказалі, што бялковыя каркасы ў PSI і PSII былі вельмі тоўстымі, што дапамагала ўтрымліваць электроны ўнутры іх, перш чым яны былі перададзены туды, дзе яны былі неабходны. Але новы метад звышхуткай спектраскапіі паказаў, што бялковыя каркасы апынуліся больш "дзіравымі", чым чакалася, і што некаторыя электроны маглі знікнуць з фотасістэм амаль адразу пасля паглынання святла хларафілам усярэдзіне фотасістэм. Такім чынам, гэтыя электроны маглі б дасягнуць месца прызначэння хутчэй, чым чакалася.

«Новы шлях пераносу электронаў, які мы выявілі тут, зусім дзіўны», — сказала Чжан. «Мы ведалі аб фотасінтэзе не так шмат, як лічылася да гэтага».

Уцечка электронаў назіралася як у ізаляваных фотасістэмах, так і ў "жывых" фотасістэмах ўнутры цыянабактэрый.

У дадатак да перапісвання таго, што мы ведаем аб фотасінтэзе, гэта адкрыццё адкрывае новыя магчымасці для будучых даследаванняў і прымянення ў біятэхналогіі. Каманда лічыць, што, "узламаўшы" фотасінтэз, каб вызваліць больш гэтых электронаў на больш ранніх стадыях, працэс мог бы стаць нашмат больш эфектыўным, што магло б дапамагчы вырабляць расліны, больш устойлівыя да сонечнага святла, або быць прайграна штучна для стварэння аднаўляльных крыніц энергіі , якія дапамогуць змагацца са зменай клімату, гаворыцца ў заяве. Аднак перш чым гэта адбудзецца, спатрэбіцца значна больш даследаванняў.

«Многія навукоўцы спрабавалі атрымаць электроны з больш ранняй стадыі фотасінтэзу, але прыходзілі да высновы, што гэта немагчыма, таму што энергія ўтоена ў бялковым каркасе», — сказала Чжан. «Той факт, што мы можам [патэнцыйна] скрасці іх на больш раннім этапе, ашаламляе».