Studie v─Ťdc┼» z Matfyzu pom├íh├í odhalit tajemstv├ş fotosynt├ęzy

Studie v─Ťdc┼» z Matfyzu pom├íh├í odhalit tajemstv├ş fotosynt├ęzy

Fyzika / ─Źl├ínek

V ─Źasopise Nature Chemistry vy┼íla letos v ─Źervenci studie v─Ťnovan├í fotosyntetick├Żm proces┼»m, na jej├şm┼ż vypracov├ín├ş se pod├şleli v─Ťdci z Matfyzu. Dr. Jakubu Dost├ílovi a doc. Jakubu P┼íen─Ź├şkovi z katedry chemick├ę fyziky a optiky MFF UK se spole─Źn─Ť s prof. Donatasem Zigmantasem z univerzity ve ┼ív├ędsk├ęm Lundu poda┼Öilo detailn─Ť zmapovat p┼Öenos excita─Źn├ş energie ve fotosyntetick├ęm organismu.

V─Ťdci pro sv┼»j v├Żzkum vyu┼żili modern├ş metody koherentn├ş dvoudimenzion├íln├ş spektroskopie. D├şky t├ę mohli doslova v ÔÇ×p┼Ö├şm├ęm p┼ÖenosuÔÇť pozorovat pr┼»b─Ťh fotosyntetick├ęho procesu u zelen├ę bakterie Chlorobaculum tepidum, konkr├ętn─Ť zachycen├ş sv─Ťtla ve sv─Ťtlosb─Ťrn├Żch ant├ęn├ích a p┼Öenos excita─Źn├ş energie dal┼í├şmi komplexy a┼ż do reak─Źn├şch center.

Fotosynt├ęza je zdrojem energie t├ęm─Ť┼Ö pro v┼íechny ┼żiv├ę organismy na Zemi v─Źetn─Ť ─Źlov─Ťka. B─Ťhem milion┼» let evoluce se u fotosyntetick├Żch organism┼» vyvinul apar├ít, kter├Ż umo┼ż┼łuje zachytit fotony slune─Źn├şho z├í┼Öen├ş a p┼Öev├ęst jejich energii do energie chemick├Żch vazeb, ve kter├Żch ji lze uchovat. Tento jev p┼Öitahuje pozornost v├Żzkumn├şk┼» u┼ż po n─Ťkolik stolet├ş. Postupn─Ť bylo zji┼ít─Ťno, ┼że fotosyntetick├Ż proces za─Ź├şn├í v tzv. sv─Ťtlosb─Ťrn├Żch komplexech, kde doch├íz├ş k z├íchytu foton┼» molekulami pigment┼». Absorpc├ş fotonu se pigment, nap┼Ö. molekula chlorofylu, dostane do excitovan├ęho stavu a takto z├şskanou excita─Źn├ş energii m┼»┼że p┼Öedat jin├Żm molekul├ím ve sv├ęm okol├ş. Tak jako parabolick├í ant├ęna soust┼Öed├ş satelitn├ş televizn├ş sign├íl zachycen├Ż z relativn─Ť velk├ę plochy ant├ęny do mal├ęho p┼Öij├şma─Źe, tak sv─Ťtlosb─Ťrn├ę komplexy zv─Ťt┼íuj├ş plochu, ze kter├ę jsou fotony absorbov├íny, a excita─Źn├ş energie je postupn─Ť p┼Öen├í┼íena od jedn├ę molekuly k dal┼í├ş a┼ż do tzv. reak─Źn├şch center, kde doch├íz├ş k jej├şmu dal┼í├şmu vyu┼żit├ş.

Studium prim├írn├şch proces┼» fotosynt├ęzy je d┼»le┼żit├ę nejenom pro pochopen├ş jevu samotn├ęho. Jeliko┼ż kvantov├í ├║─Źinnost po─Ź├íte─Źn├şch krok┼» fotosynt├ęzy dosahuje t├ęm─Ť┼Ö 100 %, jsou fotosyntetick├ę komplexy zdrojem inspirace i pro v├Żvoj nov├Żch technologi├ş ur─Źen├Żch k efektivn├şmu vyu┼żit├ş slune─Źn├ş energie, nap┼Ö. nov├Żch typ┼» fotovoltaick├Żch za┼Ö├şzen├ş, modelov├Żch syst├ęm┼» pro um─Ťlou fotosynt├ęzu, nebo p┼Ö├şmo jako sou─Ź├íst biohybridn├şch za┼Ö├şzen├ş ur─Źen├Żch k p┼Ö├şprav─Ť biopaliv ─Źi jin├Żch produkt┼» pomoc├ş slune─Źn├ş energie.

Podrobn├ę studium struktury a funkce jednotliv├Żch fotosyntetick├Żch komplex┼» v posledn├şch letech usnadnil rozmach biochemie. Doposud u┼ż├şvan├ę experiment├íln├ş metody v┼íak neumo┼ż┼łovaly z├şskat dostate─Źn─Ť detailn├ş znalosti o p┼Öenosu energie mezi jednotliv├Żmi komplexy a o jejich funk─Źn├şch vztaz├şch v kompletn├şm fotosyntetick├ęm apar├ítu. Pro pochopen├ş funkce cel├ęho apar├ítu a pro jeho potenci├íln├ş vyu┼żit├ş v praxi jsou p┼Öitom tyto znalosti kl├ş─Źov├ę.

Ve studii proveden├ę ve spolupr├íci mezi Univerzitou Karlovou v Praze a Lund University se tyto informace poda┼Öilo z├şskat pomoc├ş modern├ş metody koherentn├ş dvoudimenzion├íln├ş spektroskopie, kter├í kombinuje vysok├ę spektr├íln├ş a ─Źasov├ę rozli┼íen├ş.


Touto metodou v─Ťdci zkoumali cel├ę bu┼łky fotosyntetick├Żch bakteri├ş. Na obr├ízku je vlevo zn├ízorn─Ťn pr┼»┼Öez bu┼łkou fotosyntetick├ę bakterie Chlorobaculum tepidum. Fotony (oran┼żov├ę ┼íipky) jsou nej─Źast─Ťji zachyceny v hlavn├şm sv─Ťtlosb─Ťrn├ęm komplexu, kter├Żm je v p┼Ö├şpad─Ť t├ęto bakterie tzv. chlorosom. Takto z├şskan├í excita─Źn├ş energie (┼żlut├ę hv─Ťzdy) je p┼Öen├í┼íena do reak─Źn├şho centra v cytoplasmick├ę membr├ín─Ť bakterie, jak je zn├ízorn─Ťno pomoc├ş oran┼żovo-┼żlut├Żch k┼Öivek.

V─Ťdc┼»m se poda┼Öilo uskute─Źnit v┼»bec prvn├ş p┼Ö├şm├ę pozorov├ín├ş p┼Öenosu energie z chlorosomu do tzv. FMO komplexu a z n─Ťj d├íle do reak─Źn├şch center. FMO p┼Öedstavuje vedle chlorosomu dal┼í├ş sv─Ťtlosb─Ťrn├Ż komplex a z├írove┼ł slou┼ż├ş jako d┼»le┼żit├Ż modelov├Ż syst├ęm studia fotosynt├ęzy. Jeho zapojen├ş do proces┼» p┼Öenosu excita─Źn├ş energie v r├ímci cel├ęho fotosyntetick├ęho apar├ítu v┼íak bylo prok├íz├íno a┼ż pr├ív─Ť nyn├ş t├şmto v├Żzkumem, z dvoudimenzion├íln├şch spekter, kter├í jsou v ilustraci zobrazena vpravo.

Experimenty v─Ťdci prov├íd─Ťli v laborato┼Öi Donatase Zigmantase na lundsk├ę univerzit─Ť. Aparatura na m─Ť┼Öen├ş metodou koherentn├ş dvoudimenzion├íln├ş spektroskopie v┼íak byla ned├ívno vybudov├ína tak├ę na MFF UK, ─Źe┼ít├ş v─Ťdci tedy budou podobn├ę v├Żzkumy ji┼ż brzy realizovat v Praze.

Dost├íl. et al. Nat. Chem. 8 (7): 705ÔÇô710, 2016, doi:10.1038/nchem.2525

V├Żsledky studie byly zve┼Öejn─Ťny v ─Źervencov├ęm ─Ź├şsle ─Źasopisu Nature Chemistry.

Tento ─Źl├ínek jsme automaticky naimportovali z p┼Öedchoz├şho redak─Źn├şho syst├ęmu. Pokud se v n─Ťm n─Ťco pokazilo, dejte n├ím pros├şm v─Ťd─Ťt.