Science:光合作用新見解,類胡蘿蔔素參與能量轉移

2020-11-30 中國教育裝備採購網

　　光合作用是指植物、藻類和某些細菌通過光合色素，利用光能將二氧化碳(或硫化氫)和水轉化為有機物，並釋放出氧氣(或氫氣)的生化過程。光合色素包括葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿蔔素等。光合作用由一系列複雜的代謝反應組成，是地球生物賴以生存的基礎。

　　植物和紫細菌中的類胡蘿蔔素不僅能輔助光吸收，還能夠抵禦光破壞。近日，多倫多大學和格拉斯哥大學的研究人員揭示了在光合作用過程中，類胡蘿蔔素一種不參與光吸收的分子狀態卻被用於傳遞光能。相關論文刊登在了近期出版的《科學》(Science)雜誌上。

　　研究人員表示，類胡蘿蔔素的這一作用的確出人意料，自然界有效利用了類胡蘿蔔素分子的多種量子力學狀態，並讓它們各司其職。

　　數十年前人們就曾預言，在光合作用中，應該存在一種不參與光吸收的暗態(Dark State)類胡蘿蔔素。而多倫多大學化學系教授Greg Scholes領導的這項研究，首次證實了這種狀態的存在，並指出這種完全不參與光吸收的狀態是一個重要媒介，能夠將類胡蘿蔔素所吸收的能量有效傳遞給葉綠素。

　　近六十年來，自然界光吸收系統的能量轉移過程一直是研究的熱點。而這項最新研究為人們展示了光吸收和能量轉移過程中的細節。這項研究的結果為上述理論提供了有力支持，是迄今為止最明確的證據。

　　在這項最新研究中，研究人員通過一種特殊技術(broadband two-dimensional electronic spectroscopy)分析了紫細菌光吸收蛋白的電子結構及電子動態，並由此解析了類胡蘿蔔素吸收光，並將能量傳遞給細菌葉綠素的具體過程。研究顯示，人們所預言的暗態類胡蘿蔔素的確存在，而且這種狀態能夠介導從類胡蘿蔔素到細菌葉綠素的能量流。

　　研究人員表示，這項研究使得人們對生命的基礎分子有了更深入的認識。類胡蘿蔔素的功能涉及了光吸收、光保護和能量傳遞，甚至還被一些紫細菌用來作為熱量傳感器。一個分子的不同量子力學狀態可以執行如此之多的功能，這令人驚嘆。

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