Araştırmacılar, fotosentez sırasında oksijenin nasıl oluştuğuna dair mikroskobik detayları açığa çıkardılar. Bu süreç, bitkilerin, yosunların ve bazı bakterilerin büyümek için ihtiyaç duydukları enerjiyi yaratmak için güneş ışığını nasıl kullandıklarını anlamamızı sağlar. Bu düzeyde bir anlayış, temiz yakıtların geliştirilmesine yardımcı olabilir.
Daha önce araştırmacılar, fotosentezin başlaması için bir bitkinin moleküler yapısına dört ardışık ışık parçacığı veya fotonun çarpması gerektiğini biliyordu. Bu fotonlar, manganez, kalsiyum ve oksijen atomlarından oluşan bir küme tarafından emilir ve sonra bitkinin su moleküllerini parçalar, suya bağlı oksijeni serbest bırakır. Ancak, dördüncü fotonun bu kümeye çarpmasının ardından tam olarak ne olduğuna dair detaylar, araştırmacıları on yıllardır hayrete düşürmüştü. Şimdi iki deney, bu detayların bazılarını aydınlattı.
Lawrence Berkeley National Laboratuvarı’nda çalışan Jan Kern ve meslektaşları, yüksek enerjili X-ışınları kullanarak fotosentezin mikroskobik detaylarını yakaladılar. Su moleküllerini parçalamak için gerekli olan fotonları alabilmeleri için, ilk olarak görünür ışık darbeleriyle aydınlatılan mavi-yeşil alglerden elde edilen molekül kümelerini düzenlediler. Ardından X-ışınları, süreç sırasındaki atomların düzenini yakaladı.
Öte yandan, Free University of Berlin’deki Holger Dau ve ekibi, su parçalama sürecinin sonuna odaklandılar ve atomların X-ışını görüntülerini almak yerine, atomlar arasında elektron ve protonların nasıl hareket ettiğini belirlemek için kızılötesi ışık kullandılar. Bu, fotosentez sırasında üç protonun bir elektronla değiştirilmesi gibi süreçte kritik yeni bir adımı ortaya çıkardı.
Fotosentez sırasında su bölme anlayışı, suyu hidrojen yakıtına dönüştüren cihazların geliştirilmesi için de önemlidir. Max Planck Kömür Araştırmaları Enstitüsü’ndeki Dimitrios Pantazis, “Biyolojik sistemi doğrudan taklit edemeyiz, ancak suyu bu kadar verimli bir şekilde bölen tek sistem budur. Dolayısıyla, milyarlarca yıl boyunca evrimleşen tüm su bölme taktiklerini ortaya çıkarmamız gerekiyor.” diyor. Araştırmalarını daha da detaylandırmak için her iki ekip de daha hızlı X-ışınları, daha temiz PSII örnekleri ve daha fazla kızılötesi ışık kullanmayı planlıyor. L’Aquila Üniversitesi’nden Leonardo Guidoni, bu fotosentez çalışma yaklaşımlarının birbirini tamamladığını belirtiyor. “Tüm deneylerden aldığımız veriler ne kadar çok olursa, sürecin her küçük adımını doldurmak için o kadar yakın oluruz.” diye ekliyor.
Kaynak: Nature DOI: 10.1038/s41586-023-06038-z, DOI: 10.1038/s41586-023-06008-5
