„Die Tatsache, dass wir nicht wussten, dass dieser Weg existiert, ist aufregend, weil wir ihn nutzen könnten, um mehr Energie für erneuerbare Energien zu gewinnen“, erklärte sie.
Den Forschern zufolge könnte die Veränderung der Photosynthesewege zur Herstellung sauberer Brennstoffe aus der Sonne effizienter sein, wenn Ladungen bei der Photosynthese früher extrahiert werden könnten.
Außerdem könnte die Fähigkeit zur Kontrolle der Photosynthese die Toleranz der Pflanzen gegenüber intensiver Sonneneinstrahlung erhöhen.
„Viele Wissenschaftler haben versucht, Elektronen von einem früheren Punkt in der Photosynthese zu extrahieren, sagten aber, dass dies nicht möglich sei, weil die Energie so im Proteingerüst vergraben ist“, sagte Zhang.
„Die Tatsache, dass wir sie in einem früheren Prozess stehlen können, ist überwältigend. Zuerst dachten wir, wir hätten einen Fehler gemacht: Es hat eine Weile gedauert, bis wir uns davon überzeugt hatten, dass wir es getan hatten.“
Die Studie wurde veröffentlicht in Natur am 22. März.
Zusammenfassung der Studie:
Die Photosysteme II und I (PSII, PSI) sind die Reaktionszentren enthaltenden Komplexe, die die Lichtreaktionen der Photosynthese antreiben; Das PSII führt eine lichtgetriebene Wasseroxidation durch und das PSI gibt geernteten Elektronen weitere Photoenergie. Die beeindruckende Effizienz der Photosysteme hat zu umfangreichen biologischen, künstlichen und biohybriden Ansätzen zur „Neuverdrahtung“ der Photosynthese für höhere Biomasseumwandlungseffizienzen und neue Reaktionswege wie H2-Entwicklung oder CO2-Fixierung geführt. Frühere Ansätze konzentrierten sich auf die Ladungsextraktion am terminalen Elektron Akzeptoren der Photosysteme. Elektronenextraktion in früheren Schritten, vielleicht unmittelbar von photoangeregten Reaktionszentren, würde größere thermodynamische Gewinne ermöglichen; Dies wurde jedoch für unmöglich gehalten, wenn Reaktionszentren mindestens 4 nm innerhalb der Photosysteme vergraben waren. Hier demonstrieren wir unter Verwendung von ultraschneller transienter Absorptionsspektroskopie (TA) in vivo die Extraktion von Elektronen direkt aus photoangeregtem PSI und PSII zu frühen Zeitpunkten (einige Pikosekunden nach der Photoanregung) mit lebenden Cyanobakterienzellen oder isolierten Photosystemen und exogenen Elektronenmediatoren wie z B. 2,6-Dichlor-1,4-benzochinon (DCBQ) und Methylviologen. Wir postulieren, dass diese Mediatoren periphere Chlorophyllpigmente oxidieren, die nach anfänglicher Photoanregung an stark delokalisierten Ladungstransferzuständen teilnehmen. Unsere Ergebnisse stellen frühere Modelle in Frage, wonach die durch Licht angeregten Reaktionszentren innerhalb des Proteingerüsts des Photosystems isoliert sind, und eröffnen neue Wege zur Untersuchung und Neuverdrahtung der Photosynthese für Biotechnologien und halbkünstliche Photosynthese.
