Исследователи проследили путь света в фотосинтезе

Учёные из Мичиганского университета определили начальные этапы преобразования света в энергию у гелиобактерий — организмов, чьи реакционные центры считаются похожими на центры общих предков всех фотосинтетических организмов, появившихся более 3 миллиардов лет назад.

Ключевой процесс: разделение зарядов

Фотосинтетические организмы содержат "антенные" белки, собирающие фотоны. Энергия направляется в "реакционные центры", где происходят первые шаги превращения световой энергии в пищу за фемтосекунды (одна миллионная от одной миллиардной секунды). При попадании света электрон переходит на более высокий энергетический уровень и перемещается, оставляя положительный заряд — это состояние "разделённого заряда", "батарея", питающая фотосинтез.

Модельный организм: гелиобактерии

Гелиобактерии — удобная модель для изучения, потому что их реакционные центры содержат смесь хлорофилла и бактериохлорофилла. Эти разные пигменты поглощают разные цвета света, что позволяет чётко отслеживать движение энергии, подобно тому, как в толпе легче следить за человеком в красной куртке среди людей в синих.

Метод: сверхбыстрая спектроскопия

Команда использовала метод многомерной электронной спектроскопии. На образец бактерий направляется последовательность сверхкоротких лазерных импульсов. Пигменты в образце поглощают определённые длины волн (цвета) лазера, что даёт информацию об энергетической структуре системы и потоке энергии через неё.

Значение исследования

• Позволяет понять, как природа использовала базовую архитектуру реакционного центра, возникшую миллиарды лет назад.
• Даёт однозначное представление о том, какие пигменты первоначально отдают электрон, а какие — принимают его.
• Помогает строить более точные теории о работе этого процесса в других реакционных центрах (например, у растений), где механизм разделения зарядов, как считается, отличается.
• В перспективе это может позволить, зная структуру, предсказывать её работу и улучшать понимание принципов работы фотovoltaики.

Как отмечает ведущий автор, физик Дженнифер Огилви: "Спектроскопия позволяет нам наблюдать за структурой в процессе её функционирования, пока энергия поглощается и проходит через первые шаги преобразования".