Badania wpływu metali na fotosyntezę

Autor ilustracji: Emily Tsui

Chemicy z Kalifornijskiego Instytutu Technologii (Caltech) oraz laboratorium w Berkeley są bliscy wytłumaczenia jednej z kluczowych zagadek procesu fotosyntezy, a mianowicie mechanizmu przekształcania światła słonecznego w energię oraz służący nam do oddychania tlen. Nowe odkrycia dają możliwości do zaprojektowania w sposób sztuczny procesu odpowiadającego fotosyntezie zachodzącej w przyrodzie.

Fotosynteza zależy od współdziałania dwóch fotosystemów. Fotosystem I prowadzi do powstawania silnego reduktora, natomiast fotosystem II przyczynia się do powstawania silnego utleniacza, bezpośrednio odpowiedzialnego za wydzielanie tlenu. Przedmiotem zainteresowania amerykańskich naukowców stał się głównie fotosystem II, który katalizuje stymulowany światłem transport elektronów z wody do plastochinonu. Transport elektronów oparty jest na reakcjach redox. W obrębie fotosystemu II znajdują się atomy metali, które uczestniczą w samym transporcie elektronów i mają aktywność redox (mangan) oraz metale będące nieaktywne pod względem reakcji redox (wapń). Fakt, że wapń nie uczestniczy w reakcjach redukcja-utlenianie, stał się przedmiotem dodatkowych prac naukowców.

Emily Tsui - studentka z Caltech - opracowała modele kompleksów przypominających fotosystem II. Jej praca polegała na tworzeniu rusztowania, składającego się z trzech centrów manganowych, do których dołączyła czwarty metal. Tsui dołączała wymiennie do manganu, sód, stront, itr, cynk – w ten sposób badała, jak poszczególne metale pasywne względem reakcji redox zmieniają właściwości całego kompleksu. Na podstawie prac badaczki stwierdzono, że rodzaj metalu dołączanego do kompleksu wpływa na szybkość transportu elektronów.

Opisane powyżej odkrycie pozwoliło na postawienie tezy, iż, wybierając odpowiedni metal pasywny w stosunku do reakcji redox, można dostosowywać odpowiedni potencjał redukcji, a co za tym idzie tworzyć racjonalne modele mechanizmu fotosyntezy.

(pj)