Един фотон е достатъчен, за да стартира фотосинтезата

Изследователи доказаха ролята на една-единствена частица светлина във фотосинтезиращите бактерии

Ваня Милева Последна промяна на 15 юни 2023 в 07:44 3412 0

фотосинтезиращи бактерии Rhodobacter sphaeroides

Кредит Argonne National Laboratoryn(CC BY-NC-SA 2.0)

При фотосинтезиращи бактерии като Rhodobacter sphaeroides (на снимката) фотосинтезата се стартира от отделна частица светлина, потвърдиха нови лабораторни експерименти.

За фотосинтезата е необходим само един фотон.

Необходима е само една частица светлина, за да се задействат първите стъпки на биологичния процес, при който светлината се превръща в химическа енергия, съобщават учени на 14 юни в Nature.

Макар че учените отдавна предполагат, че реакциите на фотосинтезата започват при поглъщането само на един фотон, това все още не е било доказано, разказва физикохимикът Греъм Флеминг (Graham Fleming) от Калифорнийския университет в Бъркли. Той и колегите му решават, че "просто ще проверим дали наистина е вярно, че един фотон е достатъчен, за да започне нещо".

Само няколко десетки фотона от подходящите дължини на вълните на слънчевата светлина падат върху квадратен нанометър в секунда - мащаба на миниатюрните молекули хлорофил и бактериохлорофил, които са от основно значение за фотосинтезата при растенията и бактериите.

В много лабораторни експерименти върху фотосинтезата се използват лазери, много по-мощни източници на светлина, за да се стартират реакциите. Вместо това Греъм и колегите му използват източник на светлина, който произвежда само два фотона едновременно. Единият фотон служи като предвестник, който се изпраща до детектор, който да уведоми изследователите, кога се освобождават двата фотона. Другият фотон попада в разтвор, съдържащ поглъщащи фотони структури от фотосинтезиращата бактерия Rhodobacter sphaeroides. Тези структури, наречени комплекси за събиране на светлина 2 или LH2 (light-harvesting 2 complexes), се състоят от два пръстена от бактериохлорофил и други молекули.

При нормална реакция на фотосинтеза LH2 поглъща фотон и предава енергията му на друг комплекс LH2, а след това на друг, подобно на прехвърляне на горещ картоф. Накрая енергията достига до друг вид пръстен, наречен комплекс за събиране на светлина 1 или LH1, който я предава на реакционния център, където енергията най-накрая се преобразува във форма, която бактерията може да използва.

В експеримента няма LH1, така че LH2 вместо това излъчва фотон с различна дължина на вълната от първия, което е знак, че енергията е била прехвърлена от първия пръстен на LH2 към втория, което е първата стъпка от фотосинтезата. Изследователите откриват втория фотон и сравнявайки времето на откриване с това при първоначалните фотони-предвестители, потвърждават, че LH2 трябва да абсорбира само един фотон, за да започне работа.

Растенията и бактериите използват различни процеси за фотосинтеза, но началните етапи са достатъчно сходни, така че и при растенията един фотон би задействал началните етапи, обяснява Флеминг. При растенията обаче са необходими множество независимо погълнати фотони, за да се завърши реакцията.

Някои учени подозират, че фотосинтезата се основава на квантовата физика. Макар да не е ясно дали новата техника може да разреши ролята на квантовите ефекти, тя би могла да помогне на учените да разграничат естествените ефекти от артефактите от използването на интензивни източници на светлина при изследванията на фотосинтезата.

Справка: Q. Li et al. Single-photon absorption and emission from a natural photosynthetic complex. Nature. Published online June 14, 2023. doi: 10.1038/s41586-023-06121-5.

Източник: One photon is all it takes to kick off photosynthesis,  Science News

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !