Загадка фотосинтеза, десятилетиями остававшаяся нерешенной, наконец разгадана

Учёные из Индийского научного института и Калифорнийского технологического института решили давнюю загадку фотосинтеза, объяснив, почему электроны движутся только по D1-ветви фотосистемы II (PSII), а не по симметричной D2-ветви. Используя комбинацию молекулярной динамики, квантово-механического анализа и теории Маркуса, исследователи обнаружили, что D2-ветвь имеет значительно более высокий энергетический барьер — передача электронов от феофитина к пластохинону в D2 требует вдвое больше энергии активации, чем в D1.

Симуляция вольт-амперных характеристик показала, что сопротивление движению электронов в D2-ветви на два порядка выше, чем в D1. Асимметрия потока электронов также может быть обусловлена тонкими различиями в белковом окружении PSII и тем, как пигменты встроены в структуру. Например, хлорофилловый пигмент в D1 имеет состояние возбуждения при более низкой энергии, чем его аналог в D2, что даёт D1-пигменту лучшую возможность привлекать и передавать электроны.

Это открытие представляет значительный шаг вперёд в понимании естественного фотосинтеза и может помочь в разработке эффективных искусственных фотосинтетических систем, способных преобразовывать солнечную энергию в химическое топливо. Исследователи предполагают, что модификация некоторых компонентов может усилить или перенаправить поток электронов через PSII, что внесёт вклад в инновационные и устойчивые решения в области возобновляемой энергии.