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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隊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后會發(fā)生什么。
在最新研究中，勞倫斯伯克利國家實驗室的簡·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)團隊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)果與計算機模擬相結(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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