조류가 화상을 입지 않고 태양을 이용하는 법을 배운 방법

광합성 기계 보호

광합성 유기체는 빛 수확 복합체(LHC)라고 불리는 복잡한 분자 시스템을 사용하여 햇빛을 흡수하고 이를 사용 가능한 에너지로 변환합니다. 광합성의 핵심인 녹색 색소인 엽록소는 빛을 흡수하면 흥분되어 그 에너지를 화학 과정에 연료를 공급하는 반응 센터로 전달합니다. 하지만 빛이 너무 많으면 엽록소는 위험한 “삼중항” 상태로 들어가 세포를 손상시킬 수 있는 활성 산소 분자를 생성할 수 있습니다.

“유기체는 카로티노이드를 사용하여 과잉 에너지를 빠르게 소멸시키거나 삼중항-삼중항 에너지 전달(TTET)이라는 과정을 통해 이러한 삼중항 상태를 소멸시킵니다”라고 오사카 시립 대학 인공 광합성 과학 연구 센터의 수석 저자이자 부교수인 후지이 리츠코(Ritsuko Fujii)는 말했습니다.

최근까지 이 보호 프로세스가 어떻게 작동하는지에 대한 정확한 세부 사항은 잘 이해되지 않았습니다.

자세히 살펴보기 깨지기 쉬운 코디엄

조사를 위해 연구팀은 깨지기 쉬운 코디엄해양 녹조류의 일종. 육상 식물과 마찬가지로 LHCII라는 빛 수확 안테나 복합체를 가지고 있지만 시포닌, 시포낙산틴과 같은 희귀한 카로티노이드도 함유하고 있습니다. 이 색소는 조류가 광합성을 위해 수중 환경에서 흔히 볼 수 있는 녹색광을 사용할 수 있게 해줍니다.

“담금질 메커니즘의 핵심은 삼중항 상태가 얼마나 빠르고 효율적으로 비활성화될 수 있는지에 달려 있다”고 이탈리아 파도바 대학교 연구원이자 이번 연구의 공동 저자인 Alessandro Agostini가 말했습니다.

연구진은 삼중항 여기 상태를 직접 측정하는 기술인 전자 상자성 공명(EPR) 분광학을 사용하여 시금치를 다음과 같이 비교했습니다. 깨지기 쉬운 코디엄. 시금치에는 유해한 엽록소 삼중항 상태의 흔적이 남아 있었습니다. 하지만 깨지기 쉬운 코디엄이러한 신호는 완전히 사라졌으며, 이는 카로티노이드가 손상 에너지를 성공적으로 중화했음을 보여줍니다.

Agostini는 “우리 연구를 통해 광합성 녹조류의 안테나 구조가 탁월한 광보호 기능을 가지고 있음을 밝혀냈습니다.”라고 말했습니다.

Siphonein이 태양 손상으로부터 조류를 보호하는 방법

연구진은 EPR 데이터를 양자 화학 시뮬레이션과 결합하여 LHCII 복합체의 중요한 결합 부위에 위치한 시포닌이 이러한 방어를 담당하는 주요 색소임을 확인했습니다. 그들은 또한 분자 구조와 위치가 어떻게 과잉 에너지를 분산시키는 데 특히 효과적인지 밝혀냈습니다.

이러한 발견은 해양 조류가 수중에서 이용 가능한 청록색 빛을 흡수할 뿐만 아니라 강렬한 햇빛의 유해한 영향을 견딜 수 있도록 특수한 색소를 진화시켰음을 보여줍니다.

해양 발견에서 태양광 혁신까지

광합성에 대한 우리의 이해를 향상시키는 것 외에도, 이 연구는 빛 손상으로부터 스스로를 보호하는 생체 영감 태양광 기술의 설계에 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 시스템은 보다 내구성 있고 효율적인 재생 에너지 솔루션으로 이어질 수 있습니다.

Fujii는 “우리는 냉각 효율을 높이는 카로티노이드의 구조적 특성을 더욱 명확하게 하여 궁극적으로 광합성 안테나를 최적화하는 색소의 분자 설계를 가능하게 하길 희망합니다”라고 말했습니다.

이 연구는 세포 보고서 물리 과학.