Лазерный мир

Международная группа ученых смогла установить строение марганцевого кластера фотосистемы II. Биологи также впервые описали подробности последнего этапа фотосинтеза. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Фотосистема II — это белковый комплекс, который есть у растений, водорослей и цианобактерий, он участвует в фотосинтезе. Фотосистема II использует энергию от солнечного света для расщепления воды, в результате чего образуется кислород. Ключевое значение имеет марганцевый кластер фотосистемы II. Он состоит из четырех атомов марганца, одного атома кальция и пяти атомов кислорода, которые их соединяют. Именно в этом кластере протекают химические реакции, необходимые для расщепления воды и получения молекулярного кислорода. Состояние марганцевого кластера обозначается S-состояниями (от S0 до S3), при которых меняется валентность марганца. S0 — это начальное состояние кластера, а при поглощении фотона от солнечного света он переходит в состояния S1, S2, S3. Финальным состоянием является нестабильное S4, при котором два атома кислорода объединяются с образованием молекулы.

Ученые использовали образцы цианобактерий, которые они возбуждали с помощью оптического света и исследовали при помощи рентгеновского лазера. В результате исследователи получили атомную структуру марганцевого кластера и узнали подробности о химических процессах, протекающих в нем. Метод позволил биологам показать, как достигается состояние S4. Также они впервые продемонстрировали дополнительные шаги, которые требуются для этого. Эти шаги происходят в разных частях фотосистемы II, но все они нужны для успешного синтеза молекулярного кислорода.

Эта группа ученых работает над исследованием фотосинтеза последнее десятилетие. Они планируют проводить эксперименты и дальше, чтобы узнать больше подробностей процесса. Однако для этого ученым требуется улучшить качество их данных и скорость их получения. Например, чтобы получить новые опубликованные результаты, исследователям потребовалось шесть лет. Сейчас, когда на рынок выходит новый, более мощный рентгеновский лазер, ученые планируют ускориться, так как с помощью него для снятия измерений потребуется несколько часов, а не дней.

«Чем больше мы узнаем о том, как это делает природа, тем ближе мы подходим к использованию тех же принципов в антропогенных процессах, включая использование искусственного фотосинтеза в качестве чистого и устойчивого источника энергии», — рассказал Ян Керн из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли.

Источник: https://inscience.news/ru/article/world-science/biology/12271