Trimer trgatve lahkega žetvenega kompleksa II
Ameriški in italijanski znanstveniki so raziskovali mehanizem prerazporeditve energije s kompleksom za zbiranje svetlobe v umetni membrani, podobno procesom, ki se pojavljajo v celicah zelenih rastlin. Izkazalo se je, da proces poteka po dveh poteh, od katerih je bila ena že predlagana prej, vendar je bila prvič eksperimentalno potrjena. Rezultati raziskave so objavljeni v Nature Communications.
V zelenih rastlinah prehod sončne energije v energijo nastajanja kemičnih vezi poteka skozi zapleteno verigo reakcij. Vključuje mrežo antenskih beljakovin: komplekse za zbiranje svetlobe v membrani, ki absorbirajo svetlobo in jo pošljejo v reakcijski center, kjer nastane razlika naboja, ki sproži reakcijo fotosinteze. Beljakovinska mreža se lahko prilagodi tudi spreminjajočim se svetlobnim razmeram, da prepreči nastanek škodljivih produktov fotokemičnih reakcij, kot so radikali.
Ko je svetlobe preveč, se sistem prilagodi, da odvede odvečno energijo in jo pretvori v toploto. Ta proces se imenuje ne-fotokemično kaljenje. V vsakem kompleksu za zbiranje svetlobe potekajo na poti prenosa, prerazporeditve energije in tvorbe škodljivih molekul številni fotofizikalni procesi. S spremembo konformacije beljakovin (medsebojna razporeditev atomov molekule v vesolju) se obseg in učinkovitost teh treh procesov spreminjata. Ob upoštevanju dejstva, da je v fotosintezo vključeno celotno omrežje takšnih kompleksov, je težko določiti ravnovesje med prenosom energije in njeno prerazporeditvijo ter njihovimi mehanizmi.
Antene povezujejo mrežo glavnih (klorofilov) in pomožnih (karotenoidov) pigmentov, ki pretvarjajo svetlobo, v rastlini, elektronska interakcija med katerimi zagotavlja hiter in učinkovit prenos energije, ki se uporablja za sprožitev kemičnih reakcij in se prerazporedi.
Pri zelenih rastlinah je glavna antena tako imenovani kompleks za zbiranje svetlobe II (CCKII), katerega fotofizika je bila precej raziskana. Predpostavlja se, da s spremembo konformacije kompleks preide v stanje prerazporeditve energije. Takšne konformacijske spremembe je zelo težko preučiti, saj na medsebojni položaj atomov vpliva okolje, v katerem se spojina nahaja. Fotofizičnih poti pretvorbe energije v posameznih antenah ni mogoče določiti, poskusi vpliva na sistem z laserskim sevanjem pa so privedli do pojava motečih artefaktov.
Minjung Son in sodelavci z Massachusettskega tehnološkega inštituta so s pomočjo zelo občutljive ultra hitre širokopasovne dvodimenzionalne elektronske spektroskopije preučevali fotofizične procese CCKII v membranskem disku (nanodisk). Raziskovalci so želeni protein postavili v disk iz dvojne lipidne plasti, ki posnema okolje, v katerem se nahaja v naravi, vendar brez povezave z beljakovinsko mrežo.
Shematski prikaz vpliva okolja na fotofizikalne procese v proučevanem kompleksu za zbiranje svetlobe. Ukrivljene puščice prikazujejo prenos energije med energijskimi nivoji karotenoidov (rdeča) in klorofilov (zelena). Valovite črte kažejo neradiacijske prehode v karotenoidih. Debelina puščic kaže na relativno učinkovitost zadevnega procesa.
Poskusi so avtorjem omogočili, da opišejo dva načina porazdelitve energije. Eden od njih, subpikosekundni energetski prehod iz klorofilov v osnovnem stanju v karotenoide v prvem vzbujenem stanju, so znanstveniki prvič eksperimentalno potrdili. Prevladovali so različni procesi, odvisno od okolja, v katerem je bil kompleks (membrana ali detergent).
Po mnenju avtorjev bodo novi podatki omogočili boljše razumevanje vloge mehanizmov prerazporeditve energije pri fotozaščiti. Porazdelitev energije se v membrani poveča, najverjetneje zaradi povečanja populacije nivojev kaljene konformacije. To pa priča o odločilnem vplivu okolja na konformacijo in dinamiko procesov ter posledično na funkcijo, ki jo opravlja aparat za fotosintezo zelenih rastlin: preoblikovanje ali prerazporeditev energije.
Pred tremi leti je italijanskim znanstvenikom uspelo umetno poustvariti fotosintetski aparat vijoličnih bakterij, umeščen v bilipidno plast umetne protocelice.
Izkazalo se je, da se preoblikovanje sončne energije v naravi lahko pojavi ne le v rastlinah in bakterijah. Lani so znanstveniki odkrili pojav električnih tokov v anorganskih sistemih.
