Solkoll, Wikipedia, licence obrázku public domain
Solkoll, Wikipedia, licence obrázku public domain

Přímé pozorování přenosu energie při fotosyntéze

V časopise Nature Chemistry vyšla letos v červenci studie věnovaná fotosyntetickým procesům, na jejímž vypracování se podíleli vědci z Matfyzu. Dr. Jakubu Dostálovi a doc. Jakubu Pšenčíkovi z katedry chemické fyziky a optiky MFF UK se společně s prof. Donatasem Zigmantasem z univerzity ve švédském Lundu podařilo detailně zmapovat přenos excitační energie ve fotosyntetickém organismu.

Vědci pro svůj výzkum využili moderní metody koherentní dvoudimenzionální spektroskopie. Díky té mohli doslova v „přímém přenosu“ pozorovat průběh fotosyntetického procesu u zelené bakterie Chlorobaculum tepidum, konkrétně zachycení světla ve světlosběrných anténách a přenos excitační energie dalšími komplexy až do reakčních center.

Fotosyntéza je zdrojem energie téměř pro všechny živé organismy na Zemi včetně člověka. Během milionů let evoluce se u fotosyntetických organismů vyvinul aparát, který umožňuje zachytit fotony slunečního záření a převést jejich energii do energie chemických vazeb, ve kterých ji lze uchovat. Tento jev přitahuje pozornost výzkumníků už po několik století. Postupně bylo zjištěno, že fotosyntetický proces začíná v tzv. světlosběrných komplexech, kde dochází k záchytu fotonů molekulami pigmentů. Absorpcí fotonu se pigment, např. molekula chlorofylu, dostane do excitovaného stavu a takto získanou excitační energii může předat jiným molekulám ve svém okolí. Tak jako parabolická anténa soustředí satelitní televizní signál zachycený z relativně velké plochy antény do malého přijímače, tak světlosběrné komplexy zvětšují plochu, ze které jsou fotony absorbovány, a excitační energie je postupně přenášena od jedné molekuly k další až do tzv. reakčních center, kde dochází k jejímu dalšímu využití.

Studium primárních procesů fotosyntézy je důležité nejenom pro pochopení jevu samotného. Jelikož kvantová účinnost počátečních kroků fotosyntézy dosahuje téměř 100 %, jsou fotosyntetické komplexy zdrojem inspirace i pro vývoj nových technologií určených k efektivnímu využití sluneční energie, např. nových typů fotovoltaických zařízení, modelových systémů pro umělou fotosyntézu, nebo přímo jako součást biohybridních zařízení určených k přípravě biopaliv či jiných produktů pomocí sluneční energie.

Podrobné studium struktury a funkce jednotlivých fotosyntetických komplexů v posledních letech usnadnil rozmach biochemie. Doposud užívané experimentální metody však neumožňovaly získat dostatečně detailní znalosti o přenosu energie mezi jednotlivými komplexy a o jejich funkčních vztazích v kompletním fotosyntetickém aparátu. Pro pochopení funkce celého aparátu a pro jeho potenciální využití v praxi jsou přitom tyto znalosti klíčové.

Ve studii provedené ve spolupráci mezi Univerzitou Karlovou v Praze a Lund University se tyto informace podařilo získat pomocí moderní metody koherentní dvoudimenzionální spektroskopie, která kombinuje vysoké spektrální a časové rozlišení.

fotosynteza

Touto metodou vědci zkoumali celé buňky fotosyntetických bakterií. Na obrázku je vlevo znázorněn průřez buňkou fotosyntetické bakterie Chlorobaculum tepidum. Fotony (oranžové šipky) jsou nejčastěji zachyceny v hlavním světlosběrném komplexu, kterým je v případě této bakterie tzv. chlorosom. Takto získaná excitační energie (žluté hvězdy) je přenášena do reakčního centra v cytoplasmické membráně bakterie, jak je znázorněno pomocí oranžovo-žlutých křivek.

Vědcům se podařilo uskutečnit vůbec první přímé pozorování přenosu energie z chlorosomu do tzv. FMO komplexu a z něj dále do reakčních center. FMO představuje vedle chlorosomu další světlosběrný komplex a zároveň slouží jako důležitý modelový systém studia fotosyntézy. Jeho zapojení do procesů přenosu excitační energie v rámci celého fotosyntetického aparátu však bylo prokázáno až právě nyní tímto výzkumem, z dvoudimenzi­onálních spekter, která jsou v ilustraci zobrazena vpravo.

Experimenty vědci prováděli v laboratoři Donatase Zigmantase na lundské univerzitě. Aparatura na měření metodou koherentní dvoudimenzionální spektroskopie však byla nedávno vybudována také na MFF UK, čeští vědci tedy budou podobné výzkumy již brzy realizovat v Praze.

Dostál. et al. Nat. Chem. 8 (7): 705–710, 2016, doi:10.1038/nchem­.2525

Výsledky studie byly zveřejněny v červencovém čísle časopisu Nature Chemistry.
Převzato z Matfyz.cz

55 let satelitního televizního vysílání

Rok 1962 se zapsal do historie satelitního TV vysílání. Televizní signál totiž poprvé překonal Atlantický …

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close