Klorofylli-molekyyli voi olla avain parempiin aurinkokennoihin

Fotosynteesi, prosessi, jolla jotkut organismit muuttavat auringonvalon kemialliseksi energiaksi, tunnetaan hyvin. Mutta se on monimutkainen ilmiö, johon liittyy lukemattomia proteiineja. Molekyyli Chl f, uudentyyppinen klorofylli, tiedetään osallistuvan fotosynteesiin, mutta sen viimeaikaisen löydön vuoksi sen sijaintia ja toimintoja ei ymmärretä. Japanilaiset tutkijat ovat nyt analysoineet yksityiskohtaisesti fotosynteesiin liittyvän proteiinikompleksin ja paljastaneet useita uusia näkökohtia Chl: stä f.

 Kaikki elävät organismit tarvitsevat energiaa selviytyäkseen, ja tämä energia tulee epäsuorasti auringosta. Jotkut organismit, kuten kasvit, syanobakteerit ja levät, pystyvät muuntamaan tämän valoenergian suoraan kemialliseksi energiaksi "fotosynteesinä" kutsutun prosessin avulla. Nämä fotosynteettiset organismit sisältävät erityisiä rakenteita fotosynteesin välittämiseksi, joita kutsutaan "fotosysteemeiksi". On olemassa kaksi valojärjestelmää, jotka suorittavat valoenergian muunnosreaktioita, joista jokainen koostuu useista proteiineista ja pigmenteistä. Fotosynteettisistä pigmenteistä tärkein on klorofylli, joka paitsi sieppaa auringon valoenergian myös osallistuu "elektroninsiirtoketjuun", molekyylireittiin, jonka läpi fotonit (auringonvalosta) muuttuvat elektroneiksi (joita käytetään energialähteenä). Klorofylli-molekyylejä on erityyppisiä, joilla kaikilla on erityinen tehtävä aina valon absorboinnista ja energian muuntamisesta. Lisäksi kukin klorofyllimolekyyli absorboi valoa eri alueilla. Äskettäin uudentyyppinen klorofylli nimeltä Chl f löydettiin, mutta yksityiskohdat, kuten tarkalleen missä se sijaitsee ja miten se toimii, ovat pysyneet mysteerinä tähän asti.

Uudessa tutkimuksessa, joka julkaistiin Luonto Viestintä, tutkijaryhmä, jota johtaa professori Tatsuya Tomo Tokion tiedeyliopistossa Japanissa ja johon kuuluu yhteistyössä toimivia tutkijoita Okayaman yliopistosta, Tsukuban yliopistosta, Koben yliopistosta ja RIKENistä, paljasti uusia yksityiskohtia Chl: n sijainnista ja toiminnoista. f. He halusivat saada käsityksen monimutkaisesta fotosynteesiprosessista, koska tämän prosessin syvällisellä ymmärtämisellä voisi olla tulevaisuudessa erilaisia ​​sovelluksia, kuten aurinkokennojen kehittäminen. Tutkimuksesta puhuen professori Tomo sanoo: "Fotosynteesin alkuvaihe alkaa, kun tähän fotokemialliseen kompleksiin sitoutunut fotosynteettinen pigmentti absorboi valoa. Analysoimme äskettäin löydetyn fotokemiallisen kompleksin, fotosysteemin I, rakenteen Chl: llä f jonka absorptiomaksimi on valon alemmalla energiapuolella (kaukana punainen valo). Lisäksi analysoimme Chl: n toimintaa f"

Tutkijat tiesivät tähän mennessä, että Chl f on "kaukana puna siirtynyt", mikä tarkoittaa, että tämä molekyyli absorboi kaukana punaista valoa valospektrin alaosasta. Professori Tomo ja hänen tiiminsä halusivat kaivaa syvemmälle, ja tätä varten he tutkivat levää, jossa Chl f löydettiin ensimmäisen kerran. Käyttämällä tekniikoita, kuten kryoelektronimikroskopiaa, he analysoivat tämän levän valojärjestelmän suuriresoluutioisen rakenteen yksityiskohtaisesti ja havaitsivat, että Chl f sijaitsee valojärjestelmän I kehällä (toinen kahdesta valojärjestelmän tyypistä), mutta sitä ei ole läsnä in elektroninsiirtoketju. He havaitsivat myös, että kaukana punainen valo aiheuttaa valojärjestelmän rakenteellisia muutoksia, joihin liittyy Chl: n synteesi f levissä, mikä johtaa siihen, että Chl f aiheuttaa nämä rakenteelliset muutokset valojärjestelmässä I. Tämä oli jännittävää, koska tämä havainto selittää ensimmäisenä kuinka Chl f toimii. Prof Tomo sanoo: "Tuloksemme paljastivat, että Chl f on hyvin korreloimassa kaukopunaisen valon indusoimien fotosysteemi I -geenien ilmentymisen kanssa. Tämä osoittaa, että Chl f toiminnot keräävät punaista valoa ja tehostavat energiansiirtoa mäen ylitse. Huomasimme myös, että valojärjestelmän I aminohapposekvenssiä muutettiin Chl: n rakenteen huomioon ottamiseksi f"

Fotosynteesin monimutkaisuuden ymmärtämisellä on useita tärkeitä sovelluksia. Esimerkiksi fotosynteesiprosessin jäljitteleminen keinotekoisessa järjestelmässä on tyylikäs menetelmä kaapata aurinkoenergiaa ja muuntaa se sähköksi. Prof Tomo kertoo: "Noin puolet maan päälle putoavasta aurinkoenergiasta on näkyvää valoa ja toinen puoli on infrapunavaloa. Tutkimuksemme tuo esiin mekanismin, joka voi käyttää valoa alemmalla energiaspektrillä, mitä ei ole koskaan ennen nähty. Tuloksemme osoittavat, kuinka parantaa energiansiirron tehokkuutta fotosynteesissä ja tarjoavat myös tärkeitä oivalluksia keinotekoiseen fotosynteesiin. "

Koben yliopiston yleisten asioiden osaston viestintäosasto

Tietoja Tokion tiedeyliopistosta

Tokion tiedeyliopisto (TUS) on tunnettu ja arvostettu yliopisto, ja Japanin suurin tieteelle erikoistunut yksityinen tutkimusyliopisto, jolla on neljä kampusta Tokion keskustassa ja sen lähiöissä sekä Hokkaidossa. Vuonna 1881 perustettu yliopisto on jatkuvasti myötävaikuttanut Japanin tieteelliseen kehitykseen lisäämällä rakkautta tiedeeseen tutkijoille, teknikoille ja kouluttajille.

Tehtävänään "Luonnon tieteen ja tekniikan luominen luonnon, ihmisten ja yhteiskunnan harmoniseen kehitykseen" TUS on toteuttanut laajan valikoiman tutkimuksia perustutkimuksesta soveltavaan tieteeseen. TUS on omaksunut monialaisen lähestymistavan tutkimukseen ja suorittanut intensiivisen tutkimuksen joillakin nykypäivän tärkeimmillä aloilla. TUS on meritokratia, jossa tieteen paras tunnustetaan ja vaalitaan. Se on ainoa yksityinen yliopisto Japanissa, joka on tuottanut Nobelin palkinnon ja ainoa yksityinen yliopisto Aasiassa, joka on tuottanut Nobelin palkinnon luonnontieteiden alalla.
Verkkosivu: https://www.tus.ac.jp/en/mediarelations/