ENG: An international team of physicists, chemists and biologists, led by the University of Cambridge, was able to study photosynthesis – the process by which plants, algae and some bacteria convert sunlight into energy – in live cells at an ultrafast timescale: a millionth of a millionth of a second. Using ultrafast spectroscopic techniques to study the movement of energy, the researchers found the chemicals that can extract electrons from the molecular structures responsible for photosynthesis do so at the initial stages, rather than much later, as was previously thought.

While photosynthesis is a natural process, scientists have also been studying how it could be used to help address the climate crisis, by mimicking photosynthetic processes to generate clean fuels from sunlight and water, for example. Zhang and her colleagues were originally trying to understand why a ring-shaped molecule called a quinone is able to ‘steal’ electrons from photosynthesis. Quinones are common in nature and can accept and give away electrons easily. The researchers used a technique called ultrafast transient absorption spectroscopy to study how the quinones behave in photosynthetic cyanobacteria.

The researchers found that the protein scaffold where the initial chemical reactions of photosynthesis take place is ‘leaky’, allowing electrons to escape. This leakiness could help plants protect themselves from damage from bright or rapidly changing light. The researchers say that being able to extract charges at an earlier point in the process of photosynthesis, could make the process more efficient when manipulating photosynthetic pathways to generate clean fuels from the Sun. In addition, the ability to regulate photosynthesis could mean that crops could be made more able to tolerate intense sunlight.

RO: O echipă internațională de fizicieni, chimiști și biologi, condusă de Universitatea din Cambridge, a reușit să studieze fotosinteza – procesul prin care plantele, algele și unele bacterii transformă lumina solară în energie – în celule vii la o scară de timp ultrarapidă: o milionime de milionime de secundă. Folosind tehnici spectroscopice ultrarapide pentru a studia mișcarea energiei, cercetătorii au descoperit că substanțele chimice care pot extrage electroni din structurile moleculare responsabile de fotosinteză fac acest lucru în etapele inițiale, și nu mult mai târziu, așa cum se credea până acum.

În timp ce fotosinteza este un proces natural, oamenii de știință au studiat, de asemenea, modul în care ar putea fi folosită pentru a contribui la rezolvarea crizei climatice, prin imitarea proceselor fotosintetice pentru a genera combustibili curați din lumina soarelui și apă, de exemplu. Zhang și colegii săi au încercat inițial să înțeleagă de ce o moleculă în formă de inel numită chinonă este capabilă să “fure” electroni din fotosinteză. Chinonele sunt comune în natură și pot accepta și ceda electroni cu ușurință. Cercetătorii au folosit o tehnică numită spectroscopie de absorbție tranzitorie ultrarapidă pentru a studia modul în care se comportă chinonele în cianobacteriile fotosintetice.

Cercetătorii au descoperit că scheletul proteic în care au loc reacțiile chimice inițiale ale fotosintezei este “permeabil”, permițând electronilor să scape. Această scurgere ar putea ajuta plantele să se protejeze de daunele provocate de lumina puternică sau de schimbările rapide de lumină. Cercetătorii spun că posibilitatea de a extrage sarcinile într-un punct mai timpuriu al procesului de fotosinteză, ar putea face procesul mai eficient atunci când se manipulează căile fotosintetice pentru a genera combustibili curați de la Soare. În plus, capacitatea de a regla fotosinteza ar putea însemna că culturile ar putea fi făcute mai capabile să tolereze mai bine lumina solară intensă.

Source (University of Cambridge, “Photosynthesis ‘hack’ could lead to new ways of generating renewable energy”, 22.03.2023)

Paper: Baikie, T.K., Wey, L.T., Lawrence, J.M., Medipally, H., Reisner, E., Nowaczyk, M.M., Friend, R.H., Howe, C.J., Schnedermann, C., Rao, A. and Zhang, J.Z., 2023. Photosynthesis re-wired on the pico-second timescale. Nature, pp.1-5.