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藍(lán)綠藻。圖片來(lái)源：《新科學(xué)家》雜志網(wǎng)站
科技日?qǐng)?bào)記者?劉霞
據(jù)《自然》雜志3日發(fā)表的論文，美國(guó)和德國(guó)兩個(gè)科研團(tuán)隊(duì)首次揭示了光合作用過(guò)程中氧氣如何形成的微觀細(xì)節(jié)，了解光合作用過(guò)程中的水分解對(duì)于開(kāi)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(lèi)和一些細(xì)菌利用陽(yáng)光創(chuàng)造生長(zhǎng)所需能量的過(guò)程。此前的研究表明，只需要4個(gè)連續(xù)的光子撞擊植物的分子結(jié)構(gòu)，就可啟動(dòng)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(lái)，研究人員一直無(wú)法了解第四個(gè)光子撞擊這些原子團(tuán)后會(huì)發(fā)生什么。
在最新研究中，勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的簡(jiǎn)·科恩及其同事利用高能X射線(xiàn)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(jiàn)光脈沖照射，開(kāi)始裂解水，X射線(xiàn)捕捉到了此過(guò)程中原子的排列情況。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在被第四個(gè)光子擊中后，一種被稱(chēng)為光系統(tǒng)II（PSII）的蛋白質(zhì)復(fù)合物會(huì)在幾百萬(wàn)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(gè)階段，氧原子不會(huì)像在水中那樣與氫結(jié)合，也不會(huì)聚集成一個(gè)更大的氧分子，但可能會(huì)短暫地與PSII的另一部分結(jié)合。
德國(guó)柏林自由大學(xué)團(tuán)隊(duì)則使用紅外光來(lái)確定電子和質(zhì)子在原子之間如何移動(dòng)。他們從40公斤新鮮菠菜中提取PSII，先用可見(jiàn)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(shí)，每個(gè)波長(zhǎng)都與特定鍵的振動(dòng)相關(guān)。研究人員將這些測(cè)量結(jié)果與計(jì)算機(jī)模擬相結(jié)合，揭示了一個(gè)關(guān)鍵的新步驟：三個(gè)質(zhì)子在氧原子和PSII的其余部分之間交換了一個(gè)電子。
