Ricercatori dello SLAC National Accelerator Laboratory e del Lawrence Berkeley National Laboratory (insieme a collaboratori in Svezia, Germania e Regno Unito) getta nuova luce Nell’ultima fase della fotosintesi. Hanno osservato in dettaglio atomico come il fotosistema II, un complesso proteico presente nelle piante, subisca una trasformazione che si traduce nella perdita di un atomo di ossigeno in più. Gli scienziati ritengono che le scoperte contribuiranno a fornire una tabella di marcia per migliorare le fonti di energia pulita. “Cambierà davvero il modo in cui pensiamo al Sistema Due”, ha affermato Uwe Bergmann, scienziato e professore all’Università del Wisconsin-Madison, coautore dell’articolo.

I ricercatori hanno scattato “immagini ad altissima risoluzione” di diverse fasi del processo (a temperatura ambiente), fornendo loro nuove informazioni su esattamente come e dove viene prodotto l’ossigeno. Il baseball può offrire una metafora semplice (anche se un po’ forzata) per illustrare il processo. “Il centro passa attraverso quattro stati di ossidazione stabili, definiti da S0 a S3, quando esposto alla luce solare”, spiega SLAC. “Su un campo da baseball, S0 sarà l’inizio del gioco quando il giocatore in casa è pronto a battere. S1-S3 saranno i giocatori in prima, seconda e terza”. Sulla base di questa metafora, il battitore che entra in contatto con i corridori avanzati indica che il battitore assorbe un fotone di luce solare. “Quando viene colpita la quarta palla, il giocatore scivola a casa, segnando una corsa o, nel caso del secondo sistema di immagini, rilasciando una molecola di ossigeno respirabile”. È l’ultimo stadio (S4, tra la terza base e la casa scorrevole nella nostra metafora) che hanno rappresentato per la prima volta, dove due atomi di ossigeno si legano per rilasciare una molecola di ossigeno, rivelando passaggi aggiuntivi che non abbiamo mai visto prima.

Il video qui sotto mostra il processo e le scoperte del team.

“La maggior parte dei processi che producono ossigeno respirabile si verificano in quest’ultima fase”, ha affermato Vital Yachandra, scienziato del Berkeley Lab e coautore dell’articolo. pubblicato in natura. “Ma ci sono molte cose che accadono in diverse parti del secondo sistema di immagini e alla fine devono tutte unirsi affinché la reazione abbia successo. Proprio come nel baseball, fattori come la posizione della palla e la posizione del baseman e i difensori influenzano i movimenti che il giocatore compie per raggiungere la base, l’ambiente della proteina attorno al centro catalitico influenza il modo in cui avviene questa interazione.”

I ricercatori prevedono di aggiornare i raggi X entro la fine dell’anno per fare più luce sul processo. Utilizzerà una frequenza di ripetizione di 1 milione di battiti al secondo, rispetto ai 120 battiti al secondo utilizzati in questo esperimento. “Con questi aggiornamenti, saremo in grado di raccogliere dati per diversi giorni in poche ore”, ha affermato Bergman. “Saremo anche in grado di utilizzare raggi X molli per comprendere ulteriormente i cambiamenti chimici che si verificano nel sistema. Queste nuove capacità continueranno a portare avanti questa ricerca e a gettare nuova luce sul processo di fotosintesi”.

Il team ritiene che i risultati li aiuteranno a “sviluppare sistemi fotosintetici artificiali che imitano la fotosintesi per raccogliere la luce solare naturale per convertire l’anidride carbonica in idrogeno e combustibili a base di carbonio”. Jean Kern, coautore e un altro scienziato del Berkley Lab, ha dichiarato: “Più sappiamo su come la natura fa questo, più ci avviciniamo all’utilizzo di questi principi nei processi creati dall’uomo, comprese le idee di fotosintesi artificiale come energia pulita e sostenibile fonte.”

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