معمای چند دهه ای درباره فتوسنتز بالاخره حل شد

موضوعات:


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

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.

Oscillatoria sp.، فیبری مانند سیانوباکتری.  گونه های غول پیکر.  بزرگنمایی 400 برابر + زوم دوربین.  ;  کد شاتراستاک 2174214449;  سفارش خرید: -؛  کار: -؛  مشتری: -؛  دیگر: -

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.

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.

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.

شاتراستاک / ایکی الهام

دو تیم از محققان جزئیات میکروسکوپی را در مورد چگونگی تشکیل اکسیژن در طول فتوسنتز، فرآیندی که گیاهان، جلبک‌ها و برخی باکتری‌ها از نور خورشید برای ایجاد انرژی مورد نیاز برای رشد استفاده می‌کنند، فاش کرده‌اند. درک فتوسنتز در این سطح می تواند توسعه سوخت های پاک را پیش ببرد.

می‌گوید درک شکافتن آب در طول فتوسنتز برای توسعه دستگاه‌هایی که آب را به هیدروژن تبدیل می‌کنند نیز مهم است دیمیتریوس پانتازیس در موسسه تحقیقات زغال سنگ ماکس پلانک در آلمان. ما نمی‌توانیم مستقیماً سیستم بیولوژیکی را تکرار کنیم، اما این تنها سیستمی است که می‌دانیم آب را به‌طور مؤثری تقسیم می‌کند. بنابراین ما باید تمام ترفندهای شکافتن آب را که طی میلیاردها سال تکامل یافته اند، کشف کنیم.»

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.

یک سیانوباکتری فیبر مانند که به عنوان جلبک سبز آبی نیز شناخته می شود

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.

پس از برخورد فوتون چهارم، یک مجتمع پروتئینی معروف به فتوسیستم II (PSII) مولکول های آب را در چند میلیونم ثانیه تجزیه می کند. پرتوهای ایکس به اندازه‌ای سریع بود که تأخیر بین جداسازی آب و تشکیل نوعی مولکول اکسیژن را نشان داد که در نهایت می‌توانست در اتمسفر آزاد شود – این دو با هم مطابقت نداشتند. اما تصاویر اشعه ایکس گرفته شده بین این دو مرحله به اندازه کافی واضح نبود که پیکربندی دقیق اتم های اکسیژن را نشان دهد.

توسط احمد گل کار

احمد گل کار