معمای چند دهه ای درباره فتوسنتز بالاخره حل شد

جان کرن در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی در کالیفرنیا و همکارانش ویژگی‌های میکروسکوپی فتوسنتز را با استفاده از پالس‌های پرانرژی پرتو ایکس ثبت کردند. آنها دسته‌ای از مولکول‌های استخراج‌شده از جلبک‌های سبز آبی را روی تردمیل مرتب کردند، بنابراین ابتدا با پالس‌های نور مرئی که فوتون‌های مورد نیاز برای شروع شکافتن آب را به آنها می‌داد، روشن شدند. سپس اشعه ایکس آرایش اتم ها را در این فرآیند ثبت کرد.

منبع: https://www.newscientist.com/article/2371738-decades-old-mystery-about-photosynthesis-finally-solved/?utm_campaign=RSS%7CNSNS&utm_source=NSNS&utm_medium=RSS&utm_content=home

محققان قبلا می دانستند که برای شروع فتوسنتز تنها به چهار ذره متوالی نور یا فوتون که به ساختار مولکولی یک گیاه برخورد می کند نیاز است. این فوتون‌ها توسط مجموعه‌ای از اتم‌های منگنز، کلسیم و اکسیژن جذب می‌شوند که سپس مولکول‌های آب در گیاه را می‌شکنند و اکسیژن متصل به آب را آزاد می‌کنند. اما جزئیات دقیقاً آنچه پس از برخورد فوتون چهارم به این خوشه روی می‌دهد، دهه‌ها از محققان دور مانده است. دو آزمایش اکنون چند مورد را پر کرده است.

هولگر داو در دانشگاه آزاد برلین و همکارانش نیز بر تکمیل فرآیند تقسیم آب تمرکز کردند، اما به جای گرفتن تصاویر پرتو ایکس از اتم ها، از نور مادون قرمز برای تعیین نحوه حرکت الکترون ها و پروتون ها بین اتم ها استفاده کردند. آنها PSII را از 40 کیلوگرم اسفناج تازه استخراج کردند و پس از برخورد با فوتون های نور مرئی، آن را با نور مادون قرمز روشن کردند.

با این حال، آرایش بخش‌های دیگر مولکول‌های PSII در اطراف این اتم‌های اکسیژن نشان داد که اکسیژن ساختار جدیدی را تشکیل می‌دهد. در این مرحله، اتم‌های اکسیژن آنطور که در آب بودند به هیدروژن متصل نشدند یا در یک مولکول اکسیژن بزرگ‌تر قرار گرفتند، اما احتمالاً برای مدت کوتاهی به بخش دیگری از PSII متصل شدند. کرن می گوید که این مرحله در فرآیند فتوسنتز قبلاً فقط تئوری بود.

هنگامی که PSII تابش مادون قرمز را جذب کرد، هر طول موج با ارتعاشات یک پیوند خاص مرتبط بود. محققان این اندازه‌گیری‌ها را با شبیه‌سازی‌های کامپیوتری از نحوه حرکت الکترون‌ها و پروتون‌ها در طول فتوسنتز ترکیب کردند. لئونارد گیدونی و تیمش در دانشگاه اکویلا در ایتالیا. این یک مرحله جدید بسیار مهم را در این فرآیند آشکار کرد، که در آن سه پروتون با یک الکترون بین اتم‌های اکسیژن و بقیه PSII مبادله می‌شوند.

فیلیپ سیمونهمچنین در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی، ادعا می‌کند که برخی از عکس‌های فوری اشعه ایکس حتی نشان می‌دهد که این حرکت پروتون ممکن است دو بار در انتهای فرآیند تقسیم آب رخ دهد. هر دو تیم می‌خواهند در آینده با استفاده از اشعه ایکس سریع‌تر، نمونه‌های تمیزتر PSII و نور مادون قرمز بیشتر جزئیات بیشتری را کشف کنند. گیدونی می گوید این رویکردها برای مطالعه فتوسنتز مکمل یکدیگر هستند. او می‌گوید: «هرچه داده‌های بیشتری در مورد همه آزمایش‌ها داشته باشیم، به تکمیل هر مرحله کوچک از فرآیند نزدیک‌تر خواهیم شد.