Bilim İnsanları Yanlışlıkla Fotosentezin Düşündüğümüz Gibi Çalışmadığını Keşfetti
Araştırmacılar, şans eseri, fotosentezdeki önemli bir adımın, süreçte önceden inanılandan çok daha erken gerçekleşebileceğini keşfettiler.
Bilim adamları, doğadaki en iyi çalışılmış kimyasal süreçlerden biri olan fotosentezin tam olarak düşündüğümüz gibi çalışmıyor olabileceğini tesadüfen keşfettiler.
Fotosentez, bitkilerin, alglerin ve bazı bakterilerin karbondioksit ve suyu oksijene ve şekerleri enerji olarak kullanmak üzere dönüştürdüğü süreçtir. Bunu yapmak için, organizmalar sudan elektronları oksitlemek veya almak için güneş ışığını kullanır. Ardından karbon dioksit moleküllerini azaltır veya onlara elektron verir.
Bu kimyasal reaksiyonlar, farklı moleküller arasında elektronları aktarmak için fotosistemler gerektirir. (fotosistem: ışığı emen ve bitki yapraklarına ve alglere yeşil rengini veren bir pigment olan klorofil içeren protein kompleksleri)
Nature dergisinde 22 Mart’ta yayınlanan yeni çalışmada araştırmacılar, fotosentezin saniyenin katrilyonda biri (0.000000000000001 saniye) zaman ölçeğinde nasıl çalıştığını incelemek için ultra hızlı geçici absorpsiyon spektroskopisi olarak bilinen yeni bir teknik kullandılar.
Ekip başlangıçta, kimyasal süreçler sırasında elektronları çalabilen halka şeklindeki moleküller olan kinonların fotosentezi nasıl etkilediğini anlamaya çalışıyordu. Ancak bunun yerine araştırmacılar, fotosentez sırasında bilim insanlarının daha önce mümkün olduğuna inandıklarından çok daha önce fotosistemlerden elektronların salınabileceğini buldular.
İngiltere’deki Cambridge Üniversitesi’nde fotosentez konusunda uzmanlaşmış bir biyokimyacı olan çalışmanın ortak yazarı Jenny Zhang yaptığı açıklamada, “Zaten bildiklerimizi doğrulamak için yeni bir teknik kullandığımızı düşündük” dedi. “Bunun yerine, tamamen yeni bir yol bulduk ve fotosentez kara kutusunu biraz daha açtık.”
Fotosentez sırasında iki fotosistem kullanılır: fotosistem I (PSI) ve fotosistem II (PSII). PSII öncelikle elektronları su moleküllerinden alarak PSI’ye sağlar. Ardından PSI elektronları bir dizi karmaşık adımla şeker oluşturmak için karbondioksite verilmek üzere serbest bırakmadan önce daha da uyarır.
Geçmişte yapılan araştırmalar, PSI ve PSII’deki protein iskelesinin çok kalın olduğunu ve bunun da ihtiyaç duyulan yere aktarılmadan önce elektronların içlerinde tutulmasına yardımcı olduğunu öne sürmüştü. Ancak yeni ultra hızlı spektroskopi tekniği, protein iskelesinin beklenenden daha “sızdıran” bir yapısı olduğunu ve bazı elektronların, ışık fotosistemler içindeki klorofil tarafından emildikten hemen sonra fotosistemlerden kaçabileceğini ortaya çıkardı. Bu elektronlar bu nedenle hedeflerine beklenenden daha hızlı ulaşabilirler.
Zhang, “Burada bulduğumuz yeni elektron transfer yolu oldukça şaşırtıcı, fotosentez hakkında sandığımız kadar bilgimiz yokmuş.” Dedi.
Elektron sızıntısı, hem izole edilmiş fotosistemlerde hem de siyanobakterilerin içindeki “canlı” fotosistemlerde gözlendi.
Fotosentez hakkında bildiklerimizi yeniden yazmanın yanı sıra keşif, gelecekteki araştırma ve biyoteknoloji uygulamaları için yeni yollar açıyor. Ekip, daha erken aşamalarda bu elektronlardan daha fazlasını serbest bırakmak için fotosentezi “hackleyerek”, sürecin çok daha verimli hale gelebileceğine inanıyor. Açıklamaya göre bu keşif, iklim değişikliği ile mücadelede önemli bir yer tutabilir. Ancak, bunun olabilmesi için çok daha fazla araştırmaya ihtiyaç var.
Zhang, “Pek çok bilim adamı, fotosentezde daha önceki bir noktadan elektronları çıkarmaya çalıştı, ancak bunun mümkün olmadığını çünkü enerjinin protein iskelesine çok gömüldüğünü ve onları daha erken bir süreçte [potansiyel olarak] çalabilecek olmamız akıllara durgunluk veriyor.” Dedi.
Araştırma, Nature dergisinde yayınlandı.
Çeviren: Barış ARICAN