Photosynthese: Verschiedene Wege münden zum Reaktionszentrum
von Staff Writern
München, Deutschland (SPX) 27.03.2023
Die Photosynthese ist dieser Triebkraft allen Lebens hinauf dieser Mutterboden. Zum Besten von die durch Sonnenlicht angetriebene Umwandlung von Kohlendioxid und Wasser in energiereichen Zucker und Sauerstoffgas sind komplexe Prozesse erforderlich. Sie Prozesse werden von zwei Proteinkomplexen angetrieben, den Photosystemen I und II. Im Photosystem I wird Sonnenlicht mit einer Vorteil von nahezu 100 % genutzt. Hier spielt ein komplexes Netzwerk aus 288 Chlorophyllen die entscheidende Rolle. Ein Team um die LMU-Chemikerin Regina de Vivie-Riedle hat selbige Chlorophylle nun mithilfe hochpräziser quantenchemischer Berechnungen charakterisiert – ein wichtiger Postmeilensäule, um den Energietransfer in diesem System umfassend zu verstehen und seine Vorteil notfalls künstlich nutzen zu können Systeme in dieser Zukunft.
Die Chlorophylle im Photosystem I fangen Sonnenlicht in einem Antennenkomplex ein und veräußern die Kraft hinauf ein Reaktionszentrum. Dort wird die Sonnenenergie genutzt, um vereinen Redoxprozess auszulösen – darum vereinen chemischen Prozess, im Rahmen dem Elektronen veräußern werden. Die Quantenausbeute des Photosystems I beträgt nahezu 100 %, welches bedeutet, dass so gut wie jedes absorbierte Photon zu einem Redoxereignis im Reaktionszentrum führt.
Vorspielung unter natürlichen Bedingungen
„Obwohl die komplizierte Energieübertragung intrinsisch des Photosystems seit dem Zeitpunkt Jahrzehnten untersucht wird, gibt es solange bis heute keinen Konsens via den genauen System“, sagt de Vivie-Riedle. Um tiefere Einblicke zu Vorteil verschaffen, simulierten die Forscher die Lichtanregung aller Chlorophylle in einem Normal des in eine Lipidmembran eingebetteten Photosystems I. Zur Rechnung dieser elektronischen Anregungen wurde ein hochgenaues Multireferenzverfahren verwendet. Im Vergleich zu früheren Studien erlaubt dieser Technik eine Erklärung des Photosystems I hinauf dieser Fundament modernster Methodik. Möglich wurden die komplizierten Berechnungen durch den Supercomputer am Leibniz Supercomputing Centre.
Die Ergebnisse dieser Studie, die hinauf dem Titelblatt dieser Zeitschrift Chemical Science zu sehen ist, zeigen sogenannte „rote Chlorophylle“, die aufgrund elektrostatischer Effekte dieser Umgebung Licht im Rahmen irgendetwas geringeren Energien einsaugen denn ihre Nachbarn. In Folge dessen ist ihr Absorptionsspektrum rotverschoben. Korrespondierend identifizierten die Forscher unter anderem wiewohl Energiebarrieren zwischen dem Antennenkomplex und dem Reaktionszentrum. „Dies erscheint hinauf den ersten Blick erstaunlich, weil es keinen offensichtlichen Gradienten gibt, vorwärts dem Kraft vom Antennenkomplex zum Reaktionszentrum veräußern wird“, erklärt Erstautor Sebastian Tab.
Schwankungen bezwingen Energiebarrieren
Unter physiologischen Bedingungen unterliegt jedoch dasjenige gesamte Photosystem I thermischen Schwankungen, die selbige Energiebarrieren bezwingen, da sich die relativen Energien dieser Chlorophylle zueinander ändern. Hinauf selbige Weise können sich ständig neue Wege ins Reaktionszentrum öffnen, während sich andere schließen. Dies, so die Kernthese dieser Autoren, könnte dieser Schlüssel zur hohen Vorteil des Photosystems I sein.
„Unsrige atomistische Vorspielung dieser Prozesse ermöglicht ein mikroskopisches Verständnis des Systems und seiner Heftigkeit in seiner natürlichen Umgebung, komplementär zu experimentellen Ansätzen“, schließt Regina de Vivie-Riedle, die wiewohl Mitglied des Exzellenzclusters e-conversion ist. Eines dieser Ziele des Clusters ist es, die Vorteil natürlicher Photokatalysatoren eines Tages hinauf künstliche Nano-Bio-Hybridsysteme pro Anwendungen wie die Produktion von Wasserstoff denn Energieträger oder die Umwandlung von Kohlenmonoxid in Kraftstoff zu veräußern. Dies erfordert ein besseres Verständnis des Energieübertragungsmechanismus. Mit ihren Ergebnissen zum Photosystem I nach sich ziehen die Wissenschaftler nun vereinen wichtigen Schrittgeschwindigkeit zur Verwirklichung dieses Ziels getan.
Forschungsbericht: Thermische Ortsenergiefluktuationen im Photosystem I: neue Erkenntnisse aus MD/QM/MM-Berechnungen!
verwandte Sinister
Ludwig-Maximilians-Universität München
Die Gesamtheit via Solarenergie im Rahmen SolarDaily.com
