Если бы не фотосинтез, нам было бы нечем дышать. Однако столь важный процесс, происходящий в природе, по-прежнему скрывает множество тайн. Американским ученым удалось обнаружить последнюю недостающую часть головоломки, объясняющей, как растения производят кислород. В том, что все?
Ученые из американских лабораторий SLAC и Lawrence Berkeley совместно с исследователями из других стран раскрыли ключевой секрет фотосистемы II — белкового комплекса растений, водорослей и цианобактерий, который участвует в фотосинтезе.
Подробнее об открытии ученых мы можем узнать из научной статьи в Nature.Рентгеновский лазер смог выявить больше стадий, происходящих во время реакции. Тоже на атомном уровне. Как поясняют ученые в пресс-релизе, при фотосинтезе мы имеем дело с центром выделения кислорода в фотосистеме II, который состоит из четырех атомов марганца и одного атома кальция, соединенных атомами кислорода.
Фотосинтез (почти) без всяких секретов. Реакцию сравнивали с бейсбольным матчем.
Ученые наглядно объясняют, как выглядит этот процесс, сравнивая его с игрой в бейсбол. Центр расщепления воды проходит через четыре стабильные степени окисления S0-S3. Первым будет начало игры, когда игрок с битой ударяет по мячу и бежит к первой базе. При последовательных ударах по мячу игрок продвигается к следующей базе, пока, наконец, на четвертом мяче не добегает до последней базы (S4), где происходит выброс молекулярного кислорода.
Благодаря рентгеновскому лазеру удалось наблюдать это состояние при фотосинтезе, осуществляемом цианобактериями. Было обнаружено, что в S4 происходят дополнительные этапы реакции, которые никогда раньше не наблюдались. По словам Виттала Ячандры из лаборатории Беркли, именно здесь происходит большая часть производства молекулярного кислорода.
Однако другие этапы реакции также имеют решающее значение, поскольку только взаимодействие всех из них способствует успеху процесса.Оказывается, это не конец работы по отслеживанию фотосинтеза. Быстрое развитие лазерных технологий могло бы помочь сделать еще более точные наблюдения. В 2023 году лаборатория SLAC планирует запустить очень мощный лазер, частота повторения которого может увеличиться с нынешних 120 импульсов в секунду до даже миллиона в секунду. Такой лазер позволит изучать многие процессы в невиданных до сих пор масштабах. Это относится и к фотосинтезу.