25 лютого 2010

Результати роботи міжнародної групи дослідників можуть розглядатися як істотний крок вперед при вивченні особливостей фотосинтезу і, можливо, створення більш чистого палива.
Рослини, водорості і ціанобактерії використовують фотосинтез для отримання кисню і поповнення енергетичних запасів - окиснюваних сполук, таких, як, наприклад, вуглеводи і водень. Існує два хромопротеїдні комплекси, що керують первинними реакціями фотосинтезу, які проходять із виділенням кисню - фотосистема І (ФСІ) і фотосистема ІІ (ФСІІ). З'ясування особливостей роботи цих фотосистем є однією із головних задач біохімії.
Дослідники із Університету Арізони разом із представниками Інституту Макса Планка в Мюнхені під керівництвом Кевіна Реддінга вивчили активний центр реакційної системи ФСІ.
У лабораторії Кевіна Реддінга були отримані мутовані штами одноклітинних зелених водоростей Chlamydomonas reinhardtii. Використовуючи ці мутовані штами як модель, Реддінг зі співавторами продемонстрував, що первинний активований світлом перенос електронів у реакційному центрі ФСІ може бути ініційований незалежно на будь-якій із паралельних гілок цієї системи. Одночасно було показано, що ФСІ характеризується двома молекулярними засобами розподілу заряду, які працюють паралельно, збільшуючи загальну ефективність переносу електрона.
Реддінг відмічає, що хоча дослідникам вже було відомо про те, що обидві вивчені гілки застосовуються живими організмами у ФСІ, і те, що мутація, якій вони піддавали водорості, могла мати вплив на відносне використання кожного із окремо взятих шляхів. Дослідники не були точно впевнені у тому, який конкретно ефект матимуть ці мутації на організми водоростей. Вивчення впливу мутації на водорості привело до розуміння механізму розподілу заряду - механізму того, яким чином електромагнітна енергія конвертується в хімічну.
Співавтори Реддінга в Німеччині - Альфред Хольцварт, Марк Мюллер і Чавдар Славов використовували короткоімпульсну лазерну техніку для вивчення особливостей переносу електронів на двох гілках системи ФСІ. Їм вдалося зафіксувати найбільш ранні стадії механізму фотосинтезу, які проходять за час декілька пікосекунд (за цей час середньостатистичний атом кристалічної решітки робить не більше 10 коливань відносно центрального положення).
Надзвичайно складний експеримент, інтерпретація отриманих результатів, отримання чистих зразків мутованих організмів - усе це зайняло не менше двох років наукового пошуку. Для інтерпретації даних дослідникам довелося розробити особливий підхід для кінетичного моделювання, який дозволив їм оцінити швидкості індивідуального переносу електронів на кожній із стадій у межах двох вивчених гілок. Порівняння фотосинтетичної поведінки різних водоростей-мутантів дозволило визначити швидкості фотосинтетичних процесів на кожній гілці немутованого організму Chlamydomonas reinhardtii.
Проведене дослідниками із Арізони і Німеччини дослідження важливе із двох зовні незалежних причин. У першу чергу, розуміння особливостей проходження складного процесу фотосинтезу в природі дуже важливе для подальших досліджень фотосинтетичних центрів. При цьому є вірогідність, що результати отримані для одноклітинних водоростей, можуть виявитися справедливими і для багатоклітинних організмів. По-друге, два молекулярні засоби для розділення заряду, що працюють спільно для збільшення ефективності, можуть допомогти у майбутній розробці систем штучного фотосинтезу.
Ресурс: http://www.chemport.ru/datenews.php?news=2013