تم الكشف عن جزء أساسي آخر من عملية التمثيل الضوئي

تمكن العلماء من الكشف عن جزء أساسي من عملية التمثيل الضوئي، وهو الجزء الذي يركز على الخطوات الأولى والسريعة بشكل خاص والتي تلتقط خلالها بروتينات التمثيل الضوئي الضوء وتستخدمه لبدء سلسلة من تفاعلات نقل الإلكترون

[ترجمة د.نحماني موشيه]

تستخدم النباتات طاقة الشمس منذ مئات الملايين من السنين. وتقوم الطحالب والبكتيريا التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي بذلك أيضًا، حتى لفترة أطول، في عملية فعالة ومعقدة بشكل خاص. لذلك ليس من المستغرب أن يحاول العلماء فهم هذه الآلية بشكل كامل على أمل استخدام الرؤى لتحسين الأجهزة التي يصنعها الإنسان بناءً على آلية مماثلة، مثل الألواح الشمسية وأجهزة الكشف.

وقد اكتشف علماء من المختبر الوطني، وهو أحد مؤسسات وزارة الطاقة الأمريكية، بالتعاون مع علماء من جامعة واشنطن في سانت لويس، مؤخرًا جزءًا حيويًا من هذا اللغز القديم، مع التركيز على الخطوات الأولية والسريعة للغاية التي تتم خلالها عملية التمثيل الضوئي. تلتقط البروتينات الضوء وتستخدمه لبدء سلسلة من التفاعلات لنقل الإلكترونات. "من أجل فهم كيفية قيام علم الأحياء بتغذية جميع أنشطة الحيوانات والنباتات، يجب عليك أولاً فهم آلية نقل الإلكترون"، يوضح الباحث الرئيسي. "إن حركة الإلكترونات داخل الخلايا لها أهمية خاصة." في النباتات التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي، تبدأ هذه العمليات بامتصاص فوتون من الضوء بواسطة صبغة معينة موجودة في البروتينات. ينقل كل فوتون إلكترونًا عبر غشاء يقع داخل مجمعات محددة في الخلية. يقول الباحث: "إن فصل الشحنة على طول الغشاء - وتثبيت هذه الشحنة - يعد خطوة أساسية لأنها هي التي تولد الطاقة التي تغذي نمو الخلايا".

منذ حوالي خمسة وثلاثين عامًا، عندما تم الكشف عن هياكل هذه المجمعات المعقدة لأول مرة، فوجئ العلماء باكتشاف أنه بعد امتصاص الضوء، تواجه عمليات نقل الإلكترون معضلة: هناك مساران محتملان يمكن من خلالهما الإلكترونات يمكن ان تتحرك. في الطبيعة، تستخدم النباتات والطحالب والبكتيريا التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي واحدًا فقط من هذه المسارات المحتملة، وليس لدى العلماء تفسير لسبب اختيار هذا المسار. ما عرفوه هو أن مرور الإلكترون عبر الغشاء أثناء الاستفادة من طاقة الفوتون يتطلب عدة خطوات. وتمكن الباحثون من التدخل في كل خطوة من هذه الخطوات أثناء تغيير مسار الإلكترون. يوضح كبير الباحثين: "لقد كنا نسير على هذا الطريق منذ أكثر من ثلاثة عقود وهذا إنجاز هائل يفتح لنا العديد من الفرص".

تغيير مسار الإلكترون

تصف ورقة الباحثين الجديدة، المنشورة في المجلة العلمية Proceedings of the National Academy of Sciences، كيف اكتشفوا نسخة هندسية من اقتران البروتين هذا الذي يغير المسارات المحتملة، ويشغل أحدهما ويوقف الآخر. ويوضح الباحث: "من المدهش أننا تمكنا من تغيير اتجاه الانتقال الأولي للإلكترون". "في الطبيعة، "يختار" الإلكترون نفس المسار في كل مرة. ومع ذلك، وبمساعدة جهودنا، تمكنا من جعل الإلكترون يتدفق في المدار البديل في تسعين بالمائة من الحالات. هذه النتائج تقدم لنا أسئلة بحثية رائعة في المستقبل القريب."

ونتيجة لجهودهم، أصبح العلماء الآن أقرب من أي وقت مضى للبدء في تصميم أنظمة نقل الإلكترون التي تتكون من مسارات مرتبة مسبقًا. يقول الباحث: "هذه نتيجة مهمة للغاية لأننا تمكنا من الحصول على القدرة على الاستفادة من تدفق الطاقة لفهم مبادئ التصميم التي ستؤدي إلى تطبيقات جديدة لأنظمة مماثلة". "سيسمح لنا هذا البحث بتحسين كفاءة العديد من الأجهزة التي تعمل بالطاقة الشمسية بشكل كبير، بحيث تصبح في النهاية أصغر حجمًا وأرخص. لدينا هنا فرصة هائلة لإنشاء مجال جديد تمامًا من التفاعلات الكيميائية الحيوية المعتمدة على الضوء، وهي غير معروفة في الطبيعة. إذا نجحنا في ذلك، ستكون النتائج مذهلة".

ملخص المقال

الأخبار عن الأبحاث