Alla levande organismer behöver energi för sin överlevnad, och denna energi kommer indirekt från solen. Vissa organismer, som växter, cyanobakterier, och alger, kan direkt omvandla denna ljusenergi till kemisk energi via en process som kallas "fotosyntes". Dessa fotosyntetiska organismer innehåller speciella strukturer för att förmedla fotosyntes, kallas "fotosystem".

Det finns två fotosystem som utför ljusenergiomvandlingsreaktioner, var och en består av ett antal proteiner och pigment. Bland fotosyntetiska pigment, klorofyll är den mest avgörande, som inte bara fångar upp ljusenergi från solen utan också deltar i "elektronöverföringskedjan, "en molekylär väg genom vilken fotoner (från solljuset) omvandlas till elektroner (som används som energikälla). Det finns olika typer av klorofyllmolekyler, var och en har en specifik funktion som sträcker sig från att absorbera ljus och omvandla det till energi. Dessutom, varje klorofyllmolekyl absorberar ljus i olika regioner. Nyligen, en ny typ av klorofyll som heter Chl f var upptäckt, men detaljer som exakt var det ligger och hur det fungerar har förblivit ett mysterium tills nu.

I en ny studie publicerad i Naturkommunikation , ett team av forskare under ledning av professor Tatsuya Tomo vid Tokyo University of Science, Japan, och inklusive samarbetande forskare från Okayama University, Tsukuba universitet, Kobe universitet, och RIKEN, avslöjade nya detaljer om platsen och funktionerna för Chl f . De ville få inblick i den komplexa processen med fotosyntes, eftersom en fördjupad förståelse av denna process kan ha olika framtida applikationer, såsom utveckling av solceller. Pratar om studien, Professor Tomo säger, "Det inledande förloppet för fotosyntes börjar när det fotosyntetiska pigmentet som är bundet till detta fotokemiska komplex absorberar ljus. Vi analyserade strukturen för ett nyupptäckt fotokemiskt komplex, fotosystem I med Chl f som har ett absorptionsmaximum på ljusets lägre energisida (farrött ljus). Dessutom, vi analyserade funktionen av Chl f . "

Vad forskarna hittills visste var att Chl f är "långt röd skiftad, "vilket innebär att denna molekyl absorberar långt rött ljus från den nedre änden av ljusspektrumet. Prof. Tomo och hans team ville gräva djupare, och för detta, de studerade algen i vilken Chl f upptäcktes först. Genom att använda tekniker som kryo-elektronmikroskopi, de analyserade fotosystemets högupplösta struktur i denna alg i detalj och fann att Chl f ligger i periferin av fotosystem I (en av de två typerna av fotosystem) men finns inte i elektronöverföringskedjan. De fann också att långt rött ljus orsakar strukturella förändringar i fotosystemet, som åtföljs av syntesen av Chl f i algerna, ledande dem att dra slutsatsen att Chl f orsakar dessa strukturella förändringar i fotosystem I. Detta var spännande, eftersom detta fynd är det första som förklarar hur exakt Chl f Arbetar.

Prof Tomo säger, "Våra fynd avslöjade att utseendet på Chl f är väl korrelerad med uttrycket av fotosystem I-gener inducerade under långt rött ljus. Detta indikerar att Chl f funktioner för att skörda det röda ljuset och förbättra energioverföringen uppför backen. Vi fann också att aminosyrasekvensen för fotosystem I ändrades för att rymma strukturen av Chl f . "

Att förstå fotosyntesens invecklingar har flera viktiga tillämpningar. Till exempel, efterlikning av fotosyntesprocessen i ett artificiellt system är en elegant metod för att fånga solenergi och omvandla den till elektricitet. Prof Tomo utarbetar, "Ungefär hälften av solenergin som faller på jorden är synligt ljus, och den andra halvan är infrarött ljus. Vår forskning presenterar en mekanism som kan använda ljus på det lägre energispektrumet, som aldrig har setts förut. Våra resultat visar hur man kan förbättra effektiviteten för energiöverföring vid fotosyntes och, i förlängningen, ger också viktig inblick i artificiell fotosyntes. "