研究揭示了光合作用的第一步

光合作用已经在这个星球上推动了超过30亿年的生命 - 首先是细菌，然后是植物 - 但我们并不知道它是如何工作的。现在，密歇根大学的生物物理学家及其团队已经能够在光子激发光合作用的第一个能量转换步骤的瞬间成像。

在光合作用中，光线照射着嵌入蛋白质中的有色分子，称为光捕获天线复合物。这些相同的分子在密歇根州为树木提供了美丽的秋天色从那里，能量被穿梭到光合反应中心蛋白质，该蛋白质开始通过光合作用过程从光通过能量。最终产品?在植物的情况下为氧气，为有机体提供能量。

UM物理学和生物物理学教授Jennifer Ogilvie研究了紫色细菌的光合作用反应中心。这些中心类似于植物中的反应中心，除了它们使用不同的颜料来捕获和从光中提取能量。紫色细菌的反应中心有六种略有不同颜色的颜料。

“在光合作用中，基本的结构是你有很多光捕获天线复合物，其工作是收集光能，”Ogilvie说。“它们装满了颜料，这些颜料的相对位置具有战略性的位置，可以将能量引导到能量转换的第一步所需的位置。”

不同颜色的颜料与不同的光能量搏斗，适合收集细菌可利用的光。光子激发颜料，触发光合作用反应中心的能量转移。

“天线吸收太阳能并产生分子激发，在反应中心，激发转换为电荷分离，”Ogilvie说。“你可以把它想象成电池。”

但正是这一刻 - 电荷分离的时刻 - 科学家还没有清楚地描绘出来。Ogilvie和她的团队使用一种称为二维电子光谱学的最先进的“相机”拍摄快照以捕捉这一时刻。

特别是，Ogilvie和她的团队能够清楚地识别隐藏的状态或能量水平。这是一个重要的理解状态，因为它是初始电荷分离的关键，或者是光合作用期间能量转换开始的关键时刻。他们还能够见证导致电荷分离的一系列步骤。

这一发现是一项特别的成就，因为这种能量转换在几皮秒的范围内发生的速度是多么不可能。皮秒是一万亿分之一秒，是一个难以想象的时间尺度。一只蜜蜂每秒嗡嗡叫它的翅膀200次。紫色细菌内的第一个能量转换步骤发生在蜜蜂甚至想到其第一个皮瓣向下推动之前。

“从X射线晶体学，我们非常了解系统的结构，但采用结构并准确预测其工作方式总是非常棘手，”Ogilvie说。“更好地了解能量水平在哪里将有助于建立这些光合作用反应中心的结构 - 功能关系。”

除了有助于揭开光合作用的神秘面纱之外，Ogilvie的工作还可以帮助我们了解如何制造更高效的太阳能电池板。

“我的动机是研究自然的光合系统的一部分，是有也需要开发更先进的技术为收获太阳能能源，”奥格尔维说。“因此，通过了解大自然如何做到这一点，我们希望我们可以利用大自然的教训来帮助指导用于人工采光的改良材料的开发。

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