Fotosentez, önce bakterilerde, sonra da bitkilerde 3 milyar yıldan fazla süredir bu gezegendeki yaşam kaynağının önemli elemanlarından biri ama tam olarak nasıl çalıştığını bilmiyoruz.
Michigan Üniversitesindeki bilim insanları foton sentezinin ilk enerji dönüşümü adımı olan foton kıvılcımının hareketini görüntüleyebildiler.
Fotosentezde, ışık, anten kompleksleri olarak adlandırılan proteinlere gömülü renkli molekülleri vurur. Bu moleküller ise, güzel sonbahar renklerini ağaçlara veriyorlar. Oradan da, enerji, ışıktan fotosentetik süreç boyunca enerjiyi yönlendirmeye başlayan bir fotosentetik reaksiyon merkezi proteinine aktarılır. Son ürün? Oksijen, bitkiler durumundadır ve organizma için enerji sağlar.
Mor bakterilerde fotosentetik reaksiyon merkezleri üzerinde çalışmalar yapan fizik ve biyofizik profesörü Jennifer Ogilvie, “bu merkezler, bitkilerden gelen reaksiyon merkezlerine benzerler, çünkü ışıktan enerji almak ve yakalamak için farklı pigmentler kullanırlar. Mor bakterinin reaksiyon merkezlerinde altı farklı renklendirilmiş pigment vardır.“
Ogilvie, “Fotosentezde, temel mimari, işi ışık enerjisini toplamak olan çok sayıda anten kompleksine sahip olmanızdır. Göreceli konumları, enerji dönüşümünün ilk adımlarına gitmesi gereken yere yönlendirmek için stratejik olarak yerleştirilen pigmentlerle doludurlar.“
Farklı renkli pigmentler, farklı ışık enerjileriyle güreşirler ve bakterilere sunulan ışığı toplamak için uyarlanırlar. Fotonlar, fotosentetik reaksiyon merkezlerinde enerji transferini tetikleyen pigmentleri heyecanlandırır.
Ogilvie, “Antenler güneş enerjisini alıp moleküler bir uyarım yaratırlar ve reaksiyon merkezinde, uyarım bir yük ayırmasına dönüştürülür.” Bu olayı, “bir pil gibi düşünebilirsiniz.”
Yük ayırma anı, şimdiye kadar bilim insanları tarafından net bir şekilde görüntülenememişti. Ogilvie ve ekibi, bu anı yakalamak için iki boyutlu elektronik spektroskopi adı verilen en son teknoloji ürünü bir kamera kullanarak fotoğraf çekebildiler.
Özellikle, Ogilvie ve ekibi gizli bir durumu veya enerji seviyesini açıkça tanımlayabilmişlerdir. Bu, anlaşılması gereken önemli bir durumdur çünkü ilk yük ayırma için anahtardır, ya da enerji dönüşümü fotosentez sırasında başlar. Ayrıca, yük ayrımına yol açan adımların sırasına tanıklık edebildiler.
Bulgu, bu enerji dönüşümünün ne kadar hızlı bir şekilde gerçekleştiğini gösteren – birkaç pikosaniye yayılma süresi boyunca – önemli bir başarıdır. Pikosaniye (saniyenin trilyonda biri) hayal edilemez bir zaman çizelgesidir. Bir bal arısı kanatlarını saniyede 200 kez çırpar. Mor bakteriler içindeki ilk enerji dönüşümü ise, arı kanatlarını aşağı doğru indirmeyi düşünmeden bile önce gerçekleşir.
Ogilvie, “X-ışını kristalografisinden, sistemin yapısını çok iyi biliyoruz, ancak yapıyı alıp tam olarak nasıl çalıştığını tahmin etmek her zaman çok zor. Bu fotosentez reaksiyon merkezlerinin yapı-fonksiyon ilişkilerini kurmak için enerji seviyelerinin nerede daha iyi anlaşılacağı için çok faydalı olacaktır.“
Fotosentezin gizemini çözmeye katkıda bulunmanın yanı sıra, Ogilvie’nin çalışması daha verimli güneş panellerinin nasıl yapılacağı konusunda yardımcı olabilir.
Ogilvie, “Doğal fotosentez sistemini çalışmak için benim motivasyonumun bir kısmı da güneş enerjisinin toplanması için daha ileri teknolojilerin geliştirilmesine ihtiyaç duyulmasıdır. Doğanın bunu nasıl yaptığını anlayarak, umarım, yapay ışık için geliştirilmiş materyallerin geliştirilmesine rehberlik etmek için doğadan dersleri kullanabiliriz.“
Daha Fazla Bilgi İçin: Andrew Niedringhaus et al, Primary processes in the bacterial reaction center probed by two-dimensional electronic spectroscopy, Proceedings of the National Academy of Sciences (2018). DOI: 10.1073/pnas.1721927115
It’s givin’ me excitations: Study uncovers first steps of photosynthesis (Erişim: 22.03.2018)- https://phys.org/news/2018-03-givin-uncovers-photosynthesis.html
Çeviri ve Derleme: Popüler Tarım