Complexitatea fotosintezei reprezintă o imensă provocare pentru cei care încearcă să-i desluşească detaliile. Şi, având în vedere pericolele schimbărilor climatice şi penuriei de hrană, oamenii de ştiinţă îşi îndreaptă atenţia către fotosinteză pentru ajutor.
Fotosinteza - modelarea planetei
Pot plantele şi algele fi cheia producerii unor combustibili noi, neutri din punct de vedere al emisiilor de carbon, de exemplu? Am putut fi chiar capabili să îmbunătăţim procesul fotosintetic şi să creştem producţia culturilor agricole vitale?
Fotosinteza şi astfel întreaga viaţă de pe Pământ, a fost capabilă să se dezvolte datorită apariţiei oxigenului. Plantele, algele şi cianobacteriile eliberează oxigen prin scindarea apei, folosind o structură proteinică numită centru de producere al oxigenului. În nucleul acestuia se află 4 ioni de mangan, aranjaţi pe direcţii specifice de o schelă proteinică.
Deşi oamenii de ştiinţă pot imita modalitatea prin care centrul scindează apa, folosind electricitatea şi un catalizator pe bază de platină, acest proces necesită aproximativ de două ori mai multă energie decât cea folosită de organismele fotosintetice. Centrul de producere al oxigenului reduce necesarul de energie prin divizarea procesului chimic într-o serie de mici paşi. În particular, ionii de mangan prezintă patru stări de oxidare şi eliberează câte un electron odată, crescându-şi în mod constant puterea de oxidare până când este format oxigenul molecular.
Şi totuşi, în ciuda deceniilor de studiu, oamenii de ştiinţă nu au reuşit să descopere fiecare detaliu minuscul al modului în care funcţionează acest centru. Noi cunoaştem trăsăturile cheie ale structurii sale, mulţumită măsurătorilor cu raze X. Totuşi, acestea pot oferi numai o vizualizare statică: modul în care ionii metalici şi aminoacizii proteinei cooperează în timpul derulării reacţiilor este încă necunoscut.
Pentru a afla mai multe, cercetătorii folosesc tehnici cum ar fi cristalografia cu raze X în timp real, în care impulsurile foarte scurte de raze X sunt trimise printr-o mostră care conţine centre de producere a oxigenului. Aceste măsurători pot revela schimbări de structură de durata unei picosecunde, cu o profunzime de doar câţiva nanometri. Astfel de experimente ne-ar putea permite să urmărim schimbările detaliate care au loc în structura centrului, atunci când o singură moleculă de oxigen este eliberată, rezolvând o enigmă ştiinţifică şi, probabil, arătând calea spre noi dezvoltări ale tehnologiei fotovoltaice.
Fotosinteza şi biologia cuantică
Textul de mai sus reprezintă traducerea articolului photosynthesis, publicat de New Scientist. Scientia.ro este singura entitate responsabilă pentru eventuale erori de traducere, Reed Business Information Ltd şi New Scientist neasumându-şi nicio responsabilitate în această privinţă.
Traducere: Alexandru Hutupanu