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

Stipriausi Lietuvos universitetai imasi atsakomybės gerinti studijų kokybę ir didinti mokslo pažangą

Keturių šalies aukštųjų mokyklų vadovai pasirašė ketinimų protokolą įkurti Universitetų pažangos konferenciją (UPK). skaityti »

Pažymiai neatspindi tikrojo mokinių talento ir jų gabumų

Siekti kuo aukštesnio įvertinimo šiandienėje švietimo sistemoje jau tapo įprasta. Dešimtukas ar kitas teigiamas pažymys, daugelio nuomone, parodo ir įprasmina vaiko gabumus bei pastangas siekiant mokslo aukštumų. skaityti »

Valstybės finansavimas mokslui bus aiškiau susietas su rezultatais

Tikslinamas mokslo ir studijų finansavimo modelis, pagal jį valstybės finansavimas mokslo institucijoms labiau priklausys nuo rezultatų. skaityti »

Mokslininkas iš Vokietijos supažindino su naujausiais informatikos tyrimų metodais švietimo srityje

Spaudoje daugėja pranešimų, pamąstymų apie informatikos mokymo atnaujinimą Lietuvos mokyklose, apie technines galimybes. skaityti »

VU mokslininkų sukurtas prietaisas gali padėti laiku pastebėti širdies ligas

Remiantis statistika, Lietuva patenka tarp tų Europos Sąjungos šalių, kuriose mirtingumas nuo širdies ir kraujagyslių ligų yra vienas didžiausių. skaityti »

Profesinis mokymas atsinaujina: mokytojai stažuosis verslo įmonėse

Švietimo ir mokslo ministerija kviečia profesinio mokymo įstaigas, darbdavių asociacijas teikti paraiškas profesijos mokytojų technologinėms kompetencijoms tobulinti. skaityti »

Stresas yra neatsiejama gyvenimo dalis, būtina pažangos ir tobulėjimo sąlyga

Sausio mėnesis studentams primena ne tik apie didžiausių metų švenčių pabaigą, bet ir egzaminų sesijos pradžią. Net ir patiems gabiausiems studentams ilgos atsiskaitymų savaitės kelia nerimą, stresą ir nuovargį. skaityti »

Ministrė J. Petrauskienė: aukštųjų mokyklų tinklo konsolidacija – prielaida kilti dėstytojų atlyginimams

Švietimo ir mokslo ministrė Jurgita Petrauskienė susitiko su Lietuvos aukštųjų mokyklų profesinių sąjungų susivienijimo (LAMPSS) atstovais. skaityti »

MRU Teisės fakultetas padės kelti advokatų ir advokatų padėjėjų kvalifikaciją

Mykolo Romerio universitetas (MRU) tapo pirmąja institucija, kurią Lietuvos advokatūra akreditavo kaip galinčią vykdyti Advokatūros pripažįstamus kvalifikacijos kėlimo mokymus advokatams bei advokatų padėjėjams. skaityti »

VU bioinformatikų sukurtiems modeliams pasaulyje nebuvo lygių

VU Gyvybės mokslų centro bioinformatikai triumfavo pernai vykusiame konkurse CAPRI (angl. Critical Assessment of Predicted Interactions). skaityti »