قام باحثون في جامعة كوينزلاند وجامعة مونستر (WWU) بتنقية وتصور المركب الفائق لتدفق الإلكترون الدوري (CEF) ، وهو مكون أساسي لجميع آليات التمثيل الضوئي للنباتات التي تساعد على توجيه الجيل التالي من البيولوجيا الشمسية. تطوير التكنولوجيا.
تم نشر هذا الاكتشاف بالتعاون مع فريق العلماء الدوليين في جامعة بازل وجامعة أوكاياما وجامعة نيو ساوث ويلز في دورية وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم ، ويقدم رؤى جديدة لعملية التمثيل الضوئي على المستوى الجزيئي.
بحلول عام 2050 ، سنحتاج إلى زيادة الوقود بنسبة 50٪ ، و 70٪ من الطعام و 50٪ من المياه النظيفة لتلبية احتياجات جميع البشر ، ويقول الأستاذ بن هانكامير ، من معهد UQs للعلوم البيولوجية الجزيئية ، إنه يعتمد على يمكن لتقنية الطحالب الضوئية الضوئية أن تلعب دوراً مهماً في تلبية هذه الاحتياجات ، فهو رئيس مركز التكنولوجيا الحيوية الشمسية ، وذلك من خلال فهم أفضل لكيفية التقاط هذه الميكروبات للطاقة الشمسية وتخزينها على المستوى الجزيئي ، سوف تعزز تطوير التكنولوجيا الحيوية القائمة على الطاقة الشمسية.
ثقافة الطحالب الدقيقة التي تنمو بسرعة تحت مياه الصرف الصحي وظروف الإضاءة.
على مدى أكثر من ثلاثة بلايين سنة ، طورت النباتات والطحالب ، والبكتيريا الزرقاء الخضراء عمليات متطورة بالغة النانوية تمكنها من إجراء التمثيل الضوئي ، حيث يتم التقاط الطاقة الشمسية وتخزينها على هيئة طاقة كيميائية.
هذه الطاقة الكيميائية موجودة في شكل جزيئات ATP وجزيئات NADPH ، والتي تعتبر مهمة للعديد من العمليات الخلوية.
يسمح ATP و NADPH للكائنات الحية الضوئية بالتكاثر ، فبينما تنمو ، فإنها تنتج الأكسجين الجوي والغذاء والوقود الذي يدعم الحياة على الأرض ، ويقول البروفيسور هيبلر إنه في علم الأحياء النباتية وعلم الأحياء النباتية في WWU. عمل المعهد الفني.
هناك طريقتان من التمثيل الضوئي: تدفق الإلكترون الخطي (LEF) وتدفق الإلكترون الدوري (CEF) ، ومن أجل العمل بكفاءة في ظل ظروف الإضاءة المتغيرة ، يجب على الكائنات الحية الضوئية أن توازن الضوء الذي تمتصه مع الطاقة التي تحتاجها ، ATP تقوم بذلك من خلال ضبط العلاقة بين الوضعين باستمرار.
واحد من أشكال التمثيل الضوئي: تدفق تدفق الكتروني (صورة من leavingbio.net)
شكلان من التمثيل الضوئي: تدفق الإلكترون الخطي (صورة من leavingbio.net) هناك أدلة بيوكيميائية على أن جزيء ضخم يسمى التدفق الفائق للتيار الالكترونى (CEF) يلعب دورا رئيسيا فى هذه العملية الدقيقة ، ومع ذلك ، قال البروفيسور هانكرام أنه بسبب طبيعته الديناميكية ، فإنه من الصعب تستخدم supercomposites لتحديد الهيكلية.
ولحل هذه المشكلة ، استخدم الفريق طريقة معقدة لتنقية وتوصيف الـ supercomplex CEF من الطحالب المجهرية ، ثم تحليل هيكلها بواسطة الفحص المجهري الإلكتروني.
بحثا عن supercomplexes ، وقد استخلص الباحثون بشق الأنفس حوالي 500،000 مجمعات بروتين من الطحالب الدقيقة ، 1000 منهم فقط supercomplexes CEF.
يكشف التحليل الهيكلي كيف تتجمع مجمعات حصاد الضوء وأنظمة الضوء ومكوّنات السيتوكروم b6f في supercomplexes CEF ، وكيف يتم ترتيبها بطريقة يمكن ربطها ديناميكيًا وفصلها لأداء وظائف مختلفة ، وتكييف الكائنات الحية مع مختلف ظروف الإضاءة ومتطلبات الطاقة.
هذه المعلومات ، إلى جانب أدلة تجريبية إضافية ، تمكن الباحثين من اقتراح فرضية جديدة لشرح كيفية عمل الكونفدرالية الممتازة CEF.
قال البروفيسور هيبلر إن المركب الفريد CEF هو مثال ممتاز على بنية عالية التحفظ تطوريًا ، وأوضح أنه يبدو أنه محمي في العديد من النباتات والطحالب ، وأنه لم يتغير بشكل كبير لملايين السنين. .
وأوضح البروفيسور هانكرام أن هذا العمل مهم للغاية بالنسبة لجهود مركز التكنولوجيا الحيوية الشمسية لتطوير الجيل التالي من التكنولوجيا الحيوية والطاقة الشمسية.
وقد توسّع المركز ليشمل 30 فريقًا دوليًا في أوروبا وآسيا والولايات المتحدة وأستراليا ونيوزيلندا ، وهو ملتزم بتطوير الجيل التالي من التكنولوجيا الحيوية التي تعمل بالطاقة الشمسية استنادًا إلى الطحالب الخضراء الاصطناعية.
تبلغ الطاقة الشمسية المحولة عن طريق التمثيل الضوئي حوالي 10 أضعاف ما يتطلبه البشر ، كما أنها أساس لمعظم الكائنات الحية على هذا الكوكب. وقال البروفيسور هانكرام إن هدف الفريق هو تحسين آلية التمثيل الضوئي للطحالب الخضراء لإنتاج تكنولوجيات تساعد على تلبية احتياجات العالم من الطاقة والغذاء والماء ، ولتحقيق هذه الأهداف ، علينا أن نفهم كيف يتم التمثيل الضوئي على المستوى الجزيئي. يعمل.
وستساعد هذه المعلومات الجديدة على توجيه تصميم الجيل التالي من تقنيات التقاط الطاقة الشمسية على أساس الطحالب الدقيقة ومختلف التكنولوجيات الحيوية والصناعات التي تعمل بالطاقة الشمسية لإنتاج المنتجات عالية القيمة والأغذية والوقود والمياه النظيفة. حلول تغير المناخ ، واستخراج ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي واستخدامه وتخزينه هي أيضا مناطق مثيرة.
