يمكن أن يكون جزيء الكلوروفيل مفتاحًا لتحسين الخلايا الشمسية

حجم صغير انفوجرافيك
حجم صغير انفوجرافيك

إن عملية التمثيل الضوئي ، وهي العملية التي تقوم بها بعض الكائنات الحية بتحويل ضوء الشمس إلى طاقة كيميائية ، معروفة جيدًا. لكنها ظاهرة معقدة تتضمن عددًا لا يحصى من البروتينات. جزيء Chl fمن المعروف أن نوعًا جديدًا من الكلوروفيل يلعب دورًا في عملية التمثيل الضوئي ، ولكن نظرًا لاكتشافه مؤخرًا ، فإن موقعه ووظائفه غير مفهومة. قام علماء من اليابان الآن بتحليل تفصيلي لمركب البروتين المتضمن في عملية التمثيل الضوئي واكتشفوا عدة جوانب جديدة حول Chl f.

 تحتاج جميع الكائنات الحية إلى الطاقة من أجل بقائها ، وتأتي هذه الطاقة بشكل غير مباشر من الشمس. بعض الكائنات الحية ، مثل النباتات والبكتيريا الزرقاء والطحالب ، قادرة على تحويل هذه الطاقة الضوئية مباشرة إلى طاقة كيميائية عبر عملية تسمى "التمثيل الضوئي". تحتوي كائنات التمثيل الضوئي هذه على هياكل خاصة للتوسط في عملية التمثيل الضوئي ، تسمى "أنظمة التمثيل الضوئي". يوجد نظامان ضوئيان يقومان بتفاعلات تحويل الضوء والطاقة ، ويتكون كل منهما من عدد من البروتينات والأصباغ. من بين أصباغ التمثيل الضوئي ، يعتبر الكلوروفيل هو الأكثر أهمية ، والذي لا يلتقط الطاقة الضوئية من الشمس فحسب ، بل يشارك أيضًا في "سلسلة نقل الإلكترون" ، وهو مسار جزيئي يتم من خلاله تحويل الفوتونات (من ضوء الشمس) إلى إلكترونات (التي تستخدم كمصدر للطاقة). هناك أنواع مختلفة من جزيئات الكلوروفيل ، لكل منها وظيفة محددة تتراوح بين امتصاص الضوء وتحويله إلى طاقة. علاوة على ذلك ، يمتص كل جزيء كلوروفيل الضوء في مناطق مختلفة. في الآونة الأخيرة ، نوع جديد من الكلوروفيل يسمى Chl f تم اكتشافه ، لكن التفاصيل مثل مكانه بالضبط وكيفية عمله ظلت لغزًا حتى الآن.

في دراسة جديدة نشرت في طبيعة الاتصالات, كشف فريق من الباحثين بقيادة البروفيسور تاتسويا تومو في جامعة طوكيو للعلوم باليابان ، بما في ذلك باحثون متعاونون من جامعة أوكاياما وجامعة تسوكوبا وجامعة كوبي وريكين ، عن تفاصيل جديدة حول موقع ووظائف Chl f. لقد أرادوا الحصول على نظرة ثاقبة لعملية التمثيل الضوئي المعقدة ، حيث يمكن للفهم المتعمق لهذه العملية أن يكون له تطبيقات مستقبلية مختلفة ، مثل تطوير الخلايا الشمسية. يتحدث البروفيسور تومو عن الدراسة قائلاً: "يبدأ المسار الأولي لعملية التمثيل الضوئي عندما تمتص الصبغة الضوئية المرتبطة بهذا المركب الكيميائي الضوئي الضوء. قمنا بتحليل بنية المركب الكيميائي الضوئي المكتشف حديثًا ، وهو نظام ضوئي I مع Chl f التي لديها أقصى امتصاص على جانب الطاقة المنخفضة للضوء (الضوء الأحمر البعيد). علاوة على ذلك ، قمنا بتحليل وظيفة Chl f".

ما يعرفه العلماء حتى الآن هو أن Chl f هو "إزاحة حمراء بعيدة" ، مما يعني أن هذا الجزيء يمتص الضوء الأحمر البعيد من الطرف السفلي من طيف الضوء. أراد البروفيسور Tomo وفريقه التعمق أكثر ، ولهذا قاموا بدراسة الطحلب الذي يحتوي على Chl f تم اكتشافه لأول مرة. باستخدام تقنيات مثل المجهر الإلكتروني بالتبريد ، قاموا بتحليل البنية عالية الدقة للنظام الضوئي في هذه الطحالب بالتفصيل ووجدوا أن Chl f يقع في محيط نظام الصور الأول (أحد نوعي أنظمة الصور) ولكنه غير موجود in سلسلة نقل الإلكترون. ووجدوا أيضًا أن الضوء الأحمر البعيد يسبب تغييرات هيكلية في نظام الصور ، والتي تكون مصحوبة بتركيب Chl f في الطحالب ، مما قادهم إلى استنتاج أن Chl f يسبب هذه التغييرات الهيكلية في النظام الضوئي XNUMX. كان هذا مثيرًا ، لأن هذا الاكتشاف هو أول ما يشرح بالضبط كيف Chl f يعمل. يقول البروفيسور تومو: "كشفت النتائج التي توصلنا إليها أن ظهور Chl f يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالتعبير عن جينات النظام الضوئي الأول المستحثة تحت الضوء الأحمر البعيد. يشير هذا إلى أن Chl f وظائف لحصاد الضوء الأحمر البعيد وتعزيز نقل الطاقة إلى أعلى التل. وجدنا أيضًا أن تسلسل الأحماض الأمينية للنظام الضوئي تم تغييره بحيث يتلاءم مع بنية Chl f".

إن فهم تعقيدات عملية التمثيل الضوئي له العديد من التطبيقات المهمة. على سبيل المثال ، تعد محاكاة عملية التمثيل الضوئي في نظام اصطناعي طريقة أنيقة لالتقاط الطاقة الشمسية وتحويلها إلى كهرباء. يوضح البروفيسور تومو: "حوالي نصف الطاقة الشمسية التي تسقط على الأرض هي ضوء مرئي ، والنصف الآخر هو ضوء الأشعة تحت الحمراء. يضع بحثنا آلية يمكنها استخدام الضوء على طيف الطاقة المنخفض ، وهو ما لم يسبق رؤيته من قبل. تُظهر النتائج التي توصلنا إليها كيفية تحسين كفاءة نقل الطاقة في عملية التمثيل الضوئي ، وبالتالي ، توفر أيضًا رؤى مهمة في عملية التمثيل الضوئي الاصطناعي ".

جامعة كوبي قسم الشؤون العامة قسم الاتصالات

حول جامعة طوكيو للعلوم

جامعة طوكيو للعلوم (TUS) هي جامعة معروفة ومحترمة ، وأكبر جامعة بحثية خاصة متخصصة في العلوم في اليابان ، ولها أربعة فروع في وسط طوكيو وضواحيها وفي هوكايدو. تأسست الجامعة عام 1881 ، وساهمت باستمرار في تطوير اليابان في مجال العلوم من خلال غرس حب العلم في الباحثين والفنيين والمعلمين.

مع مهمة "خلق العلم والتكنولوجيا من أجل التنمية المتناغمة للطبيعة والبشر والمجتمع" ، أجرت TUS مجموعة واسعة من الأبحاث من العلوم الأساسية إلى العلوم التطبيقية. تبنت TUS نهجًا متعدد التخصصات للبحث وأجرت دراسة مكثفة في بعض المجالات الأكثر حيوية اليوم. TUS هي نظام الجدارة حيث يتم التعرف على أفضل ما في العلم ورعايته. إنها الجامعة الخاصة الوحيدة في اليابان التي أنتجت الفائز بجائزة نوبل والجامعة الخاصة الوحيدة في آسيا التي أنتجت الفائزين بجائزة نوبل في مجال العلوم الطبيعية.
الموقع: https://www.tus.ac.jp/en/mediarelations/

 

عن المؤلف

الصورة الرمزية لمحرر المحتوى المشترك

محرر المحتوى المشترك

مشاركة على ...