Ny undersøgelse af et nyligt opdaget klorofylmolekyle kan være nøglen til bedre solceller

Alle levende organismer har brug for energi for deres overlevelse, og denne energi kommer indirekte fra solen. Nogle organismer, såsom planter, cyanobakterier, og alger, er i stand til direkte at omdanne denne lysenergi til kemisk energi via en proces kaldet "fotosyntese". Disse fotosyntetiske organismer indeholder særlige strukturer til at formidle fotosyntese, kaldet "fotosystemer".

Der er to fotosystemer, der udfører lysenergiomdannelsesreaktioner, som hver består af et antal proteiner og pigmenter. Blandt fotosyntetiske pigmenter, klorofyl er den mest afgørende, som ikke kun fanger lysenergi fra solen, men også deltager i "elektronoverførselskæden, "en molekylær vej, hvorigennem fotoner (fra sollyset) omdannes til elektroner (som bruges som energikilde). Der er forskellige typer af klorofylmolekyler, hver har en specifik funktion lige fra at absorbere lys og omdanne det til energi. I øvrigt, hvert klorofylmolekyle absorberer lys i forskellige regioner. For nylig, en ny type klorofyl kaldet Chl f blev opdaget, men detaljer som f.eks. præcis, hvor det er placeret, og hvordan det fungerer, har været et mysterium indtil nu.

I en ny undersøgelse offentliggjort i Naturkommunikation , et team af forskere ledet af professor Tatsuya Tomo ved Tokyo University of Science, Japan, og herunder samarbejdende forskere fra Okayama University, Tsukuba Universitet, Kobe Universitet, og RIKEN, afslørede nye detaljer om placeringen og funktionerne i Chl f . De ønskede at få indsigt i den komplekse proces med fotosyntese, som en indgående forståelse af denne proces kunne have forskellige fremtidige applikationer, såsom udvikling af solceller. Taler om undersøgelsen, Professor Tomo siger, "Det første forløb af fotosyntese begynder, når det fotosyntetiske pigment bundet til dette fotokemiske kompleks absorberer lys. Vi analyserede strukturen af ​​et nyopdaget fotokemisk kompleks, fotosystem I med Chl f der har et absorptionsmaksimum på lysets nedre energiside (farrødt lys). I øvrigt, vi analyserede funktionen af ​​Chl f . "

Hvad forskerne hidtil vidste var, at Chl f er "langt rødt forskudt, "hvilket betyder, at dette molekyle absorberer langt rødt lys fra den nedre ende af lysspektret. Prof. Tomo og hans team ønskede at grave dybere, og for dette, de studerede algen, hvori Chl f blev først opdaget. Ved at bruge teknikker såsom kryo-elektronmikroskopi, de analyserede fotosystemets højopløselige struktur i denne alge i detaljer og fandt ud af, at Chl f er placeret i periferien af ​​fotosystem I (en af ​​de to typer fotosystemer), men er ikke til stede i elektronoverførselskæden. De fandt også ud af, at langt rødt lys forårsager strukturelle ændringer i fotosystemet, som ledsages af syntesen af ​​Chl f i algerne, får dem til at konkludere, at Chl f forårsager disse strukturelle ændringer i fotosystem I. Dette var spændende, da dette fund er det første til at forklare, hvordan præcist Chl f arbejder.

Prof Tomo siger, "Vores resultater afslørede, at udseendet af Chl f er godt korreleret med ekspressionen af ​​fotosystem I-gener induceret under langt rødt lys. Dette indikerer, at Chl f funktioner til at høste det langt røde lys og forbedre energioverførsel op ad bakke. Vi fandt også, at aminosyresekvensen for fotosystem I blev ændret for at imødekomme strukturen af ​​Chl f . "

At forstå kompleksiteten ved fotosyntese har flere vigtige anvendelser. For eksempel, efterligning af fotosynteseprocessen i et kunstigt system er en elegant metode til at fange solenergi og konvertere den til elektricitet. Prof Tomo uddyber, "Omkring halvdelen af ​​solenergien, der falder på jorden, er synligt lys, og den anden halvdel er infrarødt lys. Vores forskning fremlægger en mekanisme, der kan bruge lys på det lavere energispektrum, som aldrig er set før. Vores resultater viser, hvordan man kan forbedre effektiviteten af ​​energioverførsel ved fotosyntese og, i forlængelse, giver også vigtig indsigt i kunstig fotosyntese. "