Molekula klorofila mogla bi biti ključ za bolje solarne stanice

Fotosinteza, postupak kojim neki organizmi pretvaraju sunčevu svjetlost u kemijsku energiju, dobro je poznat. Ali to je složen fenomen koji uključuje bezbroj proteina. Molekula Chl f, nova vrsta klorofila, poznata je po ulozi fotosinteze, ali zbog nedavnog otkrića njezino mjesto i funkcije nisu razumljivi. Japanski znanstvenici sada su detaljno analizirali proteinski kompleks koji je uključen u fotosintezu i otkrili nekoliko novih aspekata o Chl f.

 Svi živi organizmi trebaju energiju za svoj opstanak, a ta energija neizravno dolazi od sunca. Neki organizmi, poput biljaka, cijanobakterija i algi, sposobni su izravno pretvoriti ovu svjetlosnu energiju u kemijsku energiju postupkom nazvanim "fotosinteza". Ovi fotosintetski organizmi sadrže posebne strukture koje posreduju u fotosintezi, zvane "fotosustavi". Postoje dva fotosustava koja provode reakcije pretvorbe svjetlosti i energije, a svaki se sastoji od niza proteina i pigmenata. Među fotosintetskim pigmentima najvažniji je klorofil koji ne samo da hvata svjetlosnu energiju od sunca već sudjeluje u „lancu prijenosa elektrona“, molekularnom putu kroz koji se fotoni (iz sunčeve svjetlosti) pretvaraju u elektrone (koji se koriste kao izvor energije). Postoje različite vrste molekula klorofila, od kojih svaka ima određenu funkciju u rasponu od apsorpcije svjetlosti i pretvaranja u energiju. Štoviše, svaka molekula klorofila upija svjetlost u različitim regijama. Nedavno je nova vrsta klorofila nazvana Chl f je otkriven, ali detalji poput točno gdje se nalazi i kako funkcionira ostali su tajna do sada.

U novoj studiji objavljenoj u Nature Communications, tim istraživača koji je vodio prof. Tatsuya Tomo sa Sveučilišta znanosti u Tokiju u Japanu, uključujući istraživače sa Sveučilišta Okayama, Sveučilišta Tsukuba, Sveučilišta Kobe i RIKEN, otkrio je nove detalje o položaju i funkcijama Chl f. Željeli su steći uvid u složeni proces fotosinteze, jer bi dubinsko razumijevanje ovog procesa moglo imati razne buduće primjene, poput razvoja solarnih ćelija. Govoreći o studiji, prof. Tomo kaže: „Početni tijek fotosinteze započinje kad fotosintetski pigment vezan za ovaj fotokemijski kompleks upije svjetlost. Analizirali smo strukturu novootkrivenog fotokemijskog kompleksa, fotosustava I s Chl f koja ima maksimum apsorpcije na donjoj energetskoj strani svjetlosti (krajnje crveno svjetlo). Štoviše, analizirali smo funkciju Chl f".

Znanstvenici su do sada znali da je Chl f je "daleko crveno pomaknuto", što znači da ova molekula apsorbira daleko crvenu svjetlost s donjeg kraja svjetlosnog spektra. Profesor Tomo i njegov tim željeli su dublje kopati i zbog toga su proučavali alge u kojima Chl f je prvi put otkriven. Korištenjem tehnika kao što je krio-elektronska mikroskopija, detaljno su analizirali strukturu foto-sustava visoke rezolucije u ovoj algi i otkrili da Chl f nalazi se na periferiji fotosustava I (jedna od dvije vrste fotosustava), ali nije prisutan in lanac prijenosa elektrona. Također su otkrili da daleko crveno svjetlo uzrokuje strukturne promjene u fotosustavu, koje su popraćene sintezom Chl f u algama, što ih navodi na zaključak da Chl f uzrokuje ove strukturne promjene u fotosustavu I. Ovo je bilo uzbudljivo, jer je ovo otkriće prvo koje objašnjava kako točno Chl f djela. Prof. Tomo kaže: „Naša su otkrića otkrila da je pojava Chl f je u dobroj korelaciji s ekspresijom gena fotosustava I induciranim pod dalekom crvenom svjetlošću. To ukazuje da Chl f funkcije za sakupljanje dalekog crvenog svjetla i pojačan prijenos energije uzbrdo. Također smo otkrili da je aminokiselinski slijed fotosustava I promijenjen tako da prilagodi strukturu Chl f".

Razumijevanje zamršenosti fotosinteze ima nekoliko važnih primjena. Na primjer, oponašanje procesa fotosinteze u umjetnom sustavu elegantna je metoda hvatanja sunčeve energije i pretvaranja u električnu energiju. Prof. Tomo pojašnjava: "Otprilike polovica sunčeve energije koja padne na zemlju je vidljiva svjetlost, a druga polovica je infracrvena svjetlost. Naše istraživanje iznosi mehanizam koji može koristiti svjetlost na nižem energetskom spektru, što nikada prije nije bilo viđeno. Naša otkrića pokazuju kako poboljšati učinkovitost prijenosa energije u fotosintezi, a, nadalje, također pružaju važan uvid u umjetnu fotosintezu. "

Odjel za komunikacije Odjela za opće poslove Sveučilišta Kobe

O sveučilištu u Tokiju

Sveučilište znanosti u Tokiju (TUS) dobro je poznato i cijenjeno sveučilište i najveće privatno istraživačko sveučilište specijalizirano za znanost u Japanu, s četiri kampusa u središnjem Tokiju i njegovim predgrađima te na Hokaidu. Osnovano 1881. godine, sveučilište je kontinuirano doprinosilo razvoju Japana u znanosti potičući ljubav prema znanosti istraživačima, tehničarima i nastavnicima.

S misijom "Stvaranje znanosti i tehnologije za skladan razvoj prirode, ljudi i društva", TUS je poduzeo širok spektar istraživanja od osnovne do primijenjene znanosti. TUS je prihvatio multidisciplinarni pristup istraživanju i poduzeo intenzivna istraživanja u nekim od najvažnijih današnjih područja. TUS je meritokracija u kojoj se prepoznaje i njeguje ono najbolje u znanosti. Jedino je privatno sveučilište u Japanu koje je iznjedrilo dobitnika Nobelove nagrade i jedino privatno sveučilište u Aziji koje je proizvelo dobitnike Nobelove nagrade u području prirodnih znanosti.
Web stranica: https://www.tus.ac.jp/en/mediarelations/