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人工光合作用认知获突破

2020-06-11 17:18来源:华夏快报


了解自然界光合作用的过程,有助于开发人工光合作用,利用阳光和水创造洁净能源。近期一份发表在美国国家科学院院刊(PNAS)的研究看到,光系统复合物采用接力的方式传递水分子,把水分子送入产氧单元,最终生成氧气。

光系统II是植物、藻类和蓝细菌内分解水分子,释放氧气的关键蛋白复合物。在过去几年来,美国能源部劳伦斯‧伯克利国家实验室和SLAC国家加速器实验室等机构合作的研究组,已经了解了这个过程中很多重要的步骤。

最近,这个团队看到了其中关键一步里更详细的内容。

研究称,发现四个锰原子和一个钙原子,由氧原子连接,组成一个产氧单元,在阳光的作用下,这个单元经过四个稳定的氧化态,释放出氧气。

研究人员看到,水分子经过一个通道流入产氧单元。水分子在复合物里的锰和钙原子之间形成桥梁。这个水分子很可能为最后产生的氧气提供一个氧原子。

使用X射线激光,研究人员还发现,在水分子通往产氧单元的通道上有很多小台阶,把水分子用接力传递的方式,一步步传进产氧单元。

研究者之一伯克利国家实验室的亚坎德拉(Vittal Yachandra)还提到了这个过程中类似牛顿摆的现象。

他说:“这就像一个牛顿摆。通常水里的物质是四处移动的,但是我们在这个惊人的过程中看到,产氧单元周围的一些水分子改变它们的位置,但是有一些总是处于相同的位置。就算重复一万次实验,它们仍然处于相同的位置。”

研究称,这项观测为了解完整的光合作用过程又填入了一块拼图。

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