광합성의 뒤에 중요한 물리적 현상의 첫번째 관측 그리고 특성

Published on May 10, 2010 at 8:25 PM

청결한 녹색 태양 에너지의 미래는 있어 과학자에 광합성, 녹색 식물이 전기화학 에너지로 햇빛을 변환하는 프로세스의 신비를 해결할 수 충분히 경첩을 달 수 있습니다.

이쪽에, 로오렌스 버클리 국립 연구소 ( (DOE)버클리 실험실) 및 (UC) 가주 대학 미국 에너지성을 가진 연구원은, 버클리 양 철조망으로 알려져 있는 광합성의 뒤에 중요한 물리적 현상의 첫번째 관측 그리고 특성을 기록했습니다.

(앉히는) Mohan Sarovar 및 (좌측에서) Akihito Ishizaki, Birgitta Whaley 및 Graham Fleming는 실제적인 생물 체계에 있는 양 철조망의 첫번째 관측 그리고 특성을 실행했습니다. (Roy Kaltschmidt 의 버클리 실험실 공무의 사진)

즉시 복합물을 가을걷이하는 빛에 있는 분자로부터 전기화학 반응에 있는 분자로 태양 에너지를 옮기는 녹색 식물의 기능에 키가, 광합성을 통해, 거의 중심에 둔 대로 양 역학적 효과를 조준되는 버클리 실험실과 버클리 주립 대학을 가진 합동 약속을 보전되어 Graham Fleming, 물리적인 화학자가 지도하는 이전 실험. 지금 Fleming를 포함하는 새로운 협조적인 팀은 이 양자 효과의 자연적인 특징으로 철조망을 확인했습니다. 2개가 입자를 양 치수를 잴 때, 전자의 예를 들면 쌍은 그 외에서, "멀리 떨어져 있을지도 모르 어떻게 할지라도," 하나에 아무 변경나 즉시 반영될 것입니다 얽히게 합니다. 물리적으로 분리해, 2개 입자는 단 하나 실재물로 작동합니다.

"이것은 철조망 보여주는 첫번째 연구 결과, 아마 양 기계 시스템의 가장 특유한 속성은, 복합물을 가을걷이하는 전체 빛을 통해 나타나," 말합니다 Mohan Sarovar, Quantum 정보와 계산을 위한 버클리 센터에 버클리 주립 대학 화학 교수의 밑에 Birgitta Whaley 박사학위 취득 후 연구원을입니다. "생물학에 의해 동기를 준 장난감 시스템에 있는 철조망의 이전 수사가 동안, 이것은 철조망이 실제적인 생물 체계에서." 검토되고 양이 정해진 첫번째 경우입니다

인공적인 광합성 시스템의 발달을 위한, 또한 계산과 같은 지역에 있는 양 기지를 둔 기술의 미래 발달을 위한 전기 에너지의 갱신할 수 있는 비 오염시키 근원으로 연루가 뿐만 아니라 이 연구 결과의 결과에 의하여 보전됩니다 - 양 컴퓨터는 시간의 특정 작동 수천을 어떤 전통적인 컴퓨터든지 보다는 더 단단 능력을 발휘할 수 있었습니다.

"우리가 자연 시스템에서 가을걷이하는 빛의 양 양상에 대해 배우고 있는 학습 더 나은 조차 인공적인 광합성계의 디자인에,"는 Sarovar 말합니다 적용될 수 있습니다. "복합물과 그들의 합성 모방자를 가을걷이하는 빛에 있는 유기 구조물 또한 양 컴퓨터의 유용한 분대로 봉사할 수 있거나 양 강화했습니다 정보의 이동을 위한 철사와 같은 장치를."는

철조망은 설계하고 유지하게 어려운 허약한 이국적인 속성 이다 인 대중적인 과학적인 관념에 반대 그것 이 연구 결과의 가장 중요한 폭로인 것을 입증하는 일지모른는 무엇이, 버클리 연구원은 철조망이 생물 체계의 혼돈된 화학 복합성에서 존재하고 지속할 수 있다는 것을 설명했습니다.

"우리는 고열에 타임스케일을 결정해서 시끄러운 비평형 시스템에 있는 양 철조망을 위한 강력한 증거를 제출하고 철조망이 특정 박테리아에 있는 광합성에 중앙 인 단백질 구조물에서 현저한 온도," Sarovar는 말합니다.

Sarovar는 광합성 빛 가을걷이 복합물에 있는 전표 성격 물리학에 의하여 표제가 붙은 "Quantum 철조망에서 온라인으로." 나타나는 이 연구를 기술하는 종이의 Fleming 그리고 Whaley를 가진 공동 저자입니다 또한 이 서류를 공저하는 것은 Fleming의 연구 단체에 있는 Akihito Ishizaki이었습니다.

녹색 식물 및 특정 박테리아는 가을걷이된 햇빛 옮길 수 있습니다로부터 안료 단백질 복합물을 그리고 거의 가을걷이하는 빛의 100 퍼센트 효율성을 가진 반응 센터로 통신망을 통해서 에너지를. 속도는 키입니다 - 조금 에너지가 열로 낭비되다 때문에 태양 에너지의 이동은 이렇게 단단 일어납니다. 2007년에, Fleming와 그의 연구 단체는 이 필수적으로 즉석 에너지 전달이 현저하게 장명하고, 파도 같은 전자 양 일관성에 의해 가능하게 했다 첫번째 직접 증거를 보고했습니다.

femtosecond (초의 10억분의 1의 millionths) 시간 가늠자에 한 전자 분광학 측정을 사용하여, Fleming와 그의 단은 "양 치는" 신호, 기증자와 수락자 둘 다 분자에 있는 응집성 전자 진동의 실존을 발견했습니다. 이 진동은 형성된 파 같이 붙잡은 태양 광양자에서 들뜸 에너지에 의해 돌이 연못으로 던져질 때, 생성됩니다. 진동의 파도 같은 질은 그(것)들을 동시에 광합성계에 있는 모든 전위 에너지 이동 통로를 간색하고 능률을 선택하는 가능하게 합니다. Fleming와 그의 단 에의한 연속적인 연구 결과는 응집성 진동의 근원으로 광합성계의 가벼운 가을걷이 부분에 있는 바싹 포장한 안료 단백질 복합물을 확인했습니다.

"우리의 결과 안료 분자를 포위하는 상관한 단백질 환경이 (염록소와 같은) 광합성 복합물에 있는 양 일관성을 보존한다는 것을 차례차례로 광합성에서 가을걷이하고 덫을 놓는 매우 능률적인 에너지를 가능하게 하는 공간에서 조리있게 움직이는 것을 들뜸 에너지가 허용하,"는 Fleming를 말합니다 건의해.

이 새로운 연구 결과에서는, Ishizaki와 Fleming가 개발한 역동성을 가을걷이하는 빛의 믿을 수 있는 모형은 Whaley와 Sarovar의 양 정보 연구와 광합성 시스템에 있는 양 일관성이 발전하는 때 양 철조망이 나온다는 것을 보여주기 위하여 결합되었습니다. 그들의 연구 결과의 초점은 그의 화학이 (FMO) 잘 성격을 나타낸 단지 7개의 안료 분자로만 이루어져 있기 때문에 Fenna Matthews Olson 광합성 빛 가을걷이 단백질, 녹색 황 박테리아에서 찾아낸 광합성 에너지 전달 공부를 위한 모델 시스템이라고 여겨지는 분자 복합물이었습니다.

"우리는 들뜸 에너지가 반응 센터에 의해 덫을 놓을 때까지 피코세컨드 타임스케일에 지속한 FMO 복합물에 있는 철조망의 실존을 위한 수 기록을, 필수적으로," Sarovar 말합니다 찾아냈습니다.

"이것은 생리적인 온도에 생물학 난잡한 시스템에서 현저하, 높게 decoherent 환경에서 조차 비평형 multipartite 철조망이 상대적으로 장시간 동안 존재할 수 있다는 것을 설명합니다."

연구단은 또한 철조망이 대략 30의 옹스트롬의 거리를 통해 (1개의 옹스트롬은 수소 원자의 직경입니다) 지속했다는 것을 것을을 발견했습니다, 그러나 이 길이 가늠자는 효력의 제한 자체 보다는 오히려 FMO 복합물의 상대적으로 소형의 제품으로, 전망되었습니다.

"우리는" Sarovar를 말한다는 것을 장명한, 비평형 철조망이 또한 안테나 복합물을 LH1와 LH2와 같은 가을걷이하는 더 큰 빛에서 나타나, 그리고 복합물을 가을걷이하는 그 같은 더 큰 빛에서 얽히게 한 국가의 더 부유한 다양성에 접근하기 위하여 다중 흥분을 만들고 지원하는 것도 가능할지도 모르다 예상합니다.

연구단은 중요한 철조망이 복합물을 가을걷이하는 빛에 있는 그들의 전자와 떨기 상태를 통해서 강하게 (연결하는) 결합되지 않은 분자 사이에서 지속했다는 것을 보는 기습되었습니다. 그(것)들은 또한 적은 충격 온도가 철조망의 정도에 어떻게 가지고 있던지 보는 기습되었습니다.

"양 정보, 온도의 분야에서 일반적으로 철조망과 같은 양 속성에 아주 해로운 여겨집니다" Sarovar는 말합니다. "그러나 복합물을 가을걷이하는 빛과 같은 시스템에서 우리는 철조망이." 증가시킨 온도의 효력에 상대적으로 면역성이 있을 수 있다는 것을 봅니다

이 연구는 방위 알파 통신망에서 교부금에 의해 부분적 그리고 부분적으로 과학의 사무실 미국 에너지성에 의해 지원되었습니다 (DARPA).

Last Update: 13. January 2012 00:15

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