Molekulės špinatuose virpa ne vien iš baimės atsidurti salotose

Publikuota: 2014 m. liepos 21 d. pirmadienis

Vilniaus ir Mičigano universitetų mokslininkai įrodė, kad specifiniai molekulių virpesiai paspartina pirminius fotosintezės vyksmus augaluose ir bakterijose, ir pateikė prielaidas naujam supratimui, kaip pati gamta konstruoja itin efektyvius natūralius organinius Saulės elementus.

Tyrimo rezultatai liepos 13 d. buvo paskelbti žurnale  „Nature Chemistry“. Publikacijos autoriai – VU Fizikos fakulteto Teorinės fizikos katedros darbuotojai Andrius Gelžinis, Vytautas Butkus, Leonas Valkūnas, Darius Abramavičius ir bendradarbiai iš Mičigano universiteto Franklin D. Fuller, Jie Pan, S. Seckin Senlik, Daniel E. Wilcox, Charles F. Yocum ir Jennifer P. Ogilvie.

Fotosintezė augaluose ir tam tikrose bakterijose ne tik verčia Saulės energiją, vandenį ir anglies dvideginį į deguonį, bet ir gamina baltymus, reikalingus paties procesą atliekančio organizmo augimui. Be jokios abejonės, žmonijai tai – pats svarbiausias biocheminis procesas, kurio produktais mes ir kvėpuojame, ir maitinamės.

Pirmuosius fotosintezės žingsnius po Saulės fotono sugerties ląstelėje atlieka vadinamieji anteniniai kompleksai, kurie surenka šviesos energiją, ir reakcijų centrai, kuriuose ši energija paverčiama erdvėje atskirta teigiamo ir neigiamo elektros krūvių pora. Vienas iš teorinius skaičiavimus atlikusios grupės vadovų, VU ir FTMC profesorius L. Valkūnas teigia: „Pirminiai procesai fotosintezėje veikia panašiai kaip Saulės elementuose, kuriuose šviesos energija yra paverčiama elektros energija. Būtent nuo tokios elektringos atskirtų krūvių būsenos startuoja kiti fotosintezės mechanizmai, iš Saulės energijos pagaminantys augalui ar bakterijai naudingų produktų – baltyminių statybinių medžiagų“.

VU profesorius Darius Abramavičius palygino: „Saulės energijos konvertavimas yra kaip vandens sėmimas rėčiu ir pernešimas iš vieno indo į kitą. Toks veiksmas privalo būti atliekamas akimirksniu, kad būtų išvengta nuostolių. Todėl greitis – didžiausia vertybė fotosintezėje.“

Itin sparčius vyksmus fotosintezėje galima ištirti tik atlikus eksperimentus su dar trumpesniais lazerio šviesos impulsais – tą ir padarė J. Ogilvie grupė iš Mičigano universiteto.

Gauti medžiagų bandymams buvo nesunku, užteko iš artimiausios parduotuvės nusipirkti maišą špinatų. „Mes pašalinome jų stiebus ir gyslas, sumetėme į trintuvą ir atlikome keletą procedūrų, leidusių iš ląstelių atsargiai išimti baltymų kompleksus jų nepažeidžiant, – pasakojo J. Ogilvie. – Eksperimente mes galime atidžiai sekti vyksmus: kaip perduodama energija ir kur įvyksta krūvių poros susidarymas.“

Derindami eksperimento rezultatus su skaičiavimais, tyrimo dalyviai parodė, kad krūvių poros susidarymą reakcijų centruose itin paspartina molekulių virpesiai, jei jų dažnis atitinka reakcijų centro energijas, t. y. jei įvyksta elektroninis-virpesinis rezonansas. Pavienių molekulių virpesiai šiandien mokslininkų yra gerai suprasti, juos iš esmės nulemia konkrečios molekulės struktūra ir cheminiai ryšiai. Tačiau didelių molekulinių sistemų, tokių kaip reakcijų centras, elektroninės energijos savybes formuoja daugiau veiksnių, pavyzdžiui, baltymų aplinka ar atstumai tarp molekulių bei jų tarpusavio orientacija.

Atliktas tyrimas pateikia naują požiūrį į molekulinių struktūrų dizainą. Iš jo plaukia ir tam tikras atvirkštinės inžinerijos principas: kuriant dirbtines struktūras, tokias kaip organiniai Saulės elementai, reikia stengtis sudėlioti ir pozicionuoti molekules taip, kad, atsižvelgiant į jų virpesines ir elektronines savybes, būtų užtikrintos rezonanso sąlygos ir gautas didžiausias energijos konvertavimo našumas. Kitaip tariant, Saulės energiją naudojančius organinius darinius reikia projektuoti pagal gamtos ištobulintą molekulinės architektūros stilių.

Tyrimo rezultatai buvo paskelbti publikacijoje „Vibronic coherence in oxygenic photosynthesis“. Tyrimą finansavo Lietuvos mokslo taryba, Jungtinių Amerikos Valstijų energijos departamentas ir Nacionalinis mokslo fondas.

Šaltinis: pranešimas spaudai
Kopijuoti, platinti, skelbti bet kokią portalo News.lt informaciją be raštiško redakcijos sutikimo draudžiama.

facebook komentarai

Naujas komentaras


Captcha

susiję straipsniai

Telefonus įkraus augalai

Barselonoje įsikūrusi pradedančioji įmonė „Arkyne Technologies“ atrado natūralų būdą įkrauti mobiliuosius telefonus. skaityti »

Populiariausi straipsniai

Kauno mokslininkai kuria inovatyvias technologijas senyvų žmonių stebėsenai

„Kai susiduriame su mums artimų senyvų žmonių problemomis, didžiausią stresą patiria ne jie, o mes“, – teigia profesorius Egidijus Kazanavičius, Kauno technologijos universiteto (KTU) Realaus laiko kompiuterių sistemų centro direktorius. skaityti »

Mokytojai kviečiami tobulintis Japonijoje

Japonijos ambasada skelbia konkursą Japonijos Vyriausybės finansuojamoms studijoms Japonijoje pagal mokytojų profesinio tobulinimosi programą. skaityti »

LEU kviečia dalyvauti tarptautiniame nuotoliniame studijų kurse

Lietuvos edukologijos universitetas (LEU) kviečia dalyvauti tarptautiniame nuotoliniame studijų kurse „The Implementation of Inclusive Education in School“. skaityti »

VU alumnams už projektą „Galia nugalėti“ – tarptautinis apdovanojimas

Dokumentinis agentūros „Nanook“ projektas „Galia nugalėti“, pasakojantis apie Lietuvos parolimpiečius, įvertintas kaip geriausias tarptautinis 2016 metų multimedijos žurnalistikos darbas New Media Writing konkurse. skaityti »

Pripažinimą pelnęs jaunasis mokslininkas V. Šadauskas: „Kiekvienas tyrimas turi turėti praktinę naudą“

Baigiantis kalendoriniams metams Lietuvos jaunųjų mokslininkų sąjunga (LJMS) išrinko geriausius magistro darbus. skaityti »

Išsirinkite mokyklą interaktyviajame Vilniaus mokyklų žemėlapyje

Nuo šiol išsirinkti mokyklą sostinės mokiniams ir jų tėvams bus daug paprasčiau – sukurtas interaktyvusis sostinės mokyklų žemėlapis. skaityti »

Pradedami specialiai viešajam sektoriui sukurti virtualūs mokymai

Jau šį mėnesį bus pristatyti mokslininkų sukurti virtualūs mokymosi modeliai, kurie lietuvių ir anglų kalbomis bus prieinami kiekvienam mūsų šalies viešojo sektoriaus darbuotojui. skaityti »

ŠMM ir profsąjungos sutarė dėl esminių etatinio mokytojų darbo apmokėjimo principų

Švietimo profesinių sąjungų ir švietimo ir mokslo ministrės Jurgitos Petrauskienės bei Švietimo ir mokslo ministerijos atstovų susitikime pristatytos ir aptartos etatinio mokytojų darbo tvarkos alternatyvos. skaityti »

Mokslininkas paaiškino, kodėl sunku išmokti lietuvių kalbą

Kiekvienam kalbančiajam lietuvių kalba tikriausiai tekę girdėti, kad ši kalba yra viena seniausių pasaulyje. skaityti »

Mokyklos dalyvaus Nacionaliniame mokinių pasiekimų patikrinime

Šiemet, prieš baigdami mokslo metus, bendrojo ugdymo mokyklų antrokai, ketvirtokai, šeštokai ir aštuntokai galės dalyvauti Nacionaliniame mokinių pasiekimų patikrinime. skaityti »