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藍(lán)綠藻。圖片來源：《新科學(xué)家》雜志網(wǎng)站

科技日報(bào)記者 劉霞

據(jù)《自然》雜志3日發(fā)表的論文，美國和德國兩個科研團(tuán)隊(duì)首次揭示了光合作用過程中氧氣如何形成的微觀細(xì)節(jié)，了解光合作用過程中的水分解對于開發(fā)將水轉(zhuǎn)化為氫燃料的設(shè)備非常重要。

光合作用是植物、藻類和一些細(xì)菌利用陽光創(chuàng)造生長所需能量的過程。此前的研究表明，只需要4個連續(xù)的光子撞擊植物的分子結(jié)構(gòu)，就可啟動光合作用。這些光子被錳、鈣和氧原子團(tuán)吸收，然后分解植物的水分子，釋放出氧氣。但幾十年來，研究人員一直無法了解第四個光子撞擊這些原子團(tuán)后會發(fā)生什么。

在最新研究中，勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的簡·科恩及其同事利用高能X射線脈沖，捕捉到了光合作用的微觀細(xì)節(jié)。他們將從藍(lán)綠藻中提取的分子簇排列在傳送帶上，使其被可見光脈沖照射，開始裂解水，X射線捕捉到了此過程中原子的排列情況。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在被第四個光子擊中后，一種被稱為光系統(tǒng)II（PSII）的蛋白質(zhì)復(fù)合物會在幾百萬分之一秒內(nèi)分解水分子。而且，氧形成了一些新結(jié)構(gòu)。在這個階段，氧原子不會像在水中那樣與氫結(jié)合，也不會聚集成一個更大的氧分子，但可能會短暫地與PSII的另一部分結(jié)合。

德國柏林自由大學(xué)團(tuán)隊(duì)則使用紅外光來確定電子和質(zhì)子在原子之間如何移動。他們從40公斤新鮮菠菜中提取PSII，先用可見光照射，再用紅外光照射。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PSII吸收紅外輻射時，每個波長都與特定鍵的振動相關(guān)。研究人員將這些測量結(jié)果與計(jì)算機(jī)模擬相結(jié)合，揭示了一個關(guān)鍵的新步驟：三個質(zhì)子在氧原子和PSII的其余部分之間交換了一個電子。

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