Während des bemerkenswerten Schubumkehrgitters von Ereignissen der Fotosynthese, nähern sich Pflanzen dem Berggipfel der Knauserigkeit, indem sie fast jedes Photon der erhältlichen Lichtenergie reinigen, um Nahrung zu produzieren.
Dennoch nach vielen Jahren der vorsichtigen Forschung in seine genauen Vorrichtungen, bleiben einige Schlüsselfragen über diesen grundlegenden biologischen Prozess, der alle Lebensdauer auf Erde unterstützt.
Jetzt hat ein großes Forschungsteam, das von Neal Woodbury, ein Wissenschaftler an Biodesign-Institut ASUS geführt wird, einen neuen Einblick in die Vorrichtung der Fotosynthese gefunden, die die instrumentierte Bewegung von Proteinen auf dem Zeitraum von einem millionstel von einem millionstel einer Sekunde miteinbezieht. Ihre Ergebnisse werden „in der Protein-Dynamik Steuern die Kinetik der AnfangsElektron-Übertragung in Fotosynthese,“ im Punkt Am 4. Mai der Wissenschaft beschrieben.
Vor „die Studien, die zu dieser führten Arbeit, initialisierten 20 Jahren, als Jim Allen und Ich einen unserer Mutanten betrachtete und dachte, dass unser Spektrometer unterbrochen war,“ sagte Woodbury. „Dieser Mutant fiel aus, der erste einer langen Reihe Veränderungen zu sein, die änderten systematisch die Energie der Anfangsreaktion.“ Seit damals haben Woodbury und Kollegen erreicht, Leuchte auf einem erstaunlichen Prozess zu verschütten, der Hauptstromquelle der Erde liefert.
Um zu erhalten einen näheren Blick an was während der Fotosynthese geschah, verwendete das Team eine Vertiefung studierte purpurrote fotosynthetische Bakterie, die Rhodobacter-sphaeroides genannt wurde. Dieses Baumuster des Organismus war wahrscheinlich eine der frühesten fotosynthetischen Bakterien, zu entwickeln. Die Forscher fokussierten ihre Bemühungen, indem sie den Mittelpunkt der Fotosynthese, die Reaktionsmitte studierten, in dem Lichtenergie in fachkundige Chlorophyllbindeproteine konzentriert wird.
Die Lehrbuchabbildung der Fotosynthese stellt die Reaktionsmitteproteine als Gestell dar und hält Chlorophyllmoleküle in einem in hohem Grade optimierten Abstand und in einer Orientierung an, damit Elektronen von einem Chlorophyll zu anderen hüpfen können. Mit dem Chlorophyll gerade in der rechten Stellung, war jede systematische Proteinbewegung wahrscheinlich bloß ein Nebenprodukt von den Elektronen, die zwischen Chlorophyllmoleküle hin- und herfahren.
Woodbury und seine Kollegen versuchten, mehr der körperlichen Vorrichtung festzustellen, die Fotosynthese treibt, indem sie Mutanten herstellten, die theoretisch die Elektronübergangs-Verhältnisse zwischen Molekülen in der Reaktionsmitte optimieren würden.
„Nach den Jahren des Versagens versuchend, die Anlage, indem man die Energetik zu brechen änderte, wurden wir mit der nörgelnden Frage von, wie sie fortfuhr, so gut zu arbeiten,“ sagten Woodbury, ASU Professor von Chemie und von Biochemie und Direktor von Biodesigns Mitte für Bio-Optische Nanotechnologie gelassen.
Die Forscher begannen, näher an einer Antwort Schritt für Schritt fortzubewegen als Wang, ein Habilitationswissenschaftlicher mitarbeiter in Woodburys Labor, beachtet etwas gemeinsam mit allen verschiedenen Mutanten. Als, ein neues Baumuster verwendend, das auf Reaktiondiffusion Kinetik basierte, sah Wang dass die Kurven, die darstellen, wie schnell die Elektronen, die in die Reaktionsmitte verschoben wurden, eine ähnliche Form hatten. „Er entschied, dass es irgendeine Sortierung des zugrunde liegenden körperlichen betroffenen Prinzips geben muss,“ Woodbury sagte.
Nicht viele Forschungsgruppen werden ausgerüstet, um die frühen Ereignisse in der Fotosynthese wegen des extrem kurzen Zeitraums zu messen, der der Dauer ähnlich ist, die er eine Supercomputer nimmt, um einen einzelnen Flop durchzuführen. Wang war, den ultraschnellen Laser-Teildienst zu verwenden (finanziert durch die National Science Foundation), der wie eine Hochgeschwindigkeitsfilmbildkamera wirkt, die Daten von diesen Blitz-schnellen Reaktionen erfassen kann.
„Er versuchte ein wirklich hartes Experiment, und er war wirklich in der Lage, den Proteinantrag zu messen und ihn an Elektronübertragung anpassen,“ sagte Woodbury. Diese Entdeckung half den Forschern, warum das Ändern der Energetik zu verstehen, nicht heraus Fotosynthese klopfte.
Die Bewegung der Reaktionsmitteproteine während der Fotosynthese lässt die Pflanze oder die Bakterien Lichtenergie effizient vorspannen, selbst wenn Bedingungen nicht optimal sind. So während Woodbury und Kollegen es schwierig machten, damit Fotosynthese arbeitet, waren die Proteine in der Lage, zu kompensieren, indem sie verschoben und Energie- die Elektronen durch ihre biologische Schaltung führten.