Site Sponsors
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD

Första Observation och Karakterisering av det Kritiska LäkarundersökningFenomen Bak Photosynthesis

Published on May 10, 2010 at 8:25 PM

Den sol- framtiden av rengöringgräsplan driver kan välla fram förser med gångjärn på forskare som är kompetent att riva upp gåtorna av photosynthesis, det processaa av vilka gräsplanväxter konverterar solljus in i electrochemical energi.

Till detta avsluta, forskare med U.S.-Avdelningen av (DOE) Energis Laboratoriumet för den Lawrence Berkeley Medborgare (det Berkeley Labbet), och Universitetar av Kalifornien (UC), Berkeley har antecknat den första observationen och karakteriseringen av ett kritiskt läkarundersökningfenomen bak photosynthesis som är bekant som quantumförveckling.

Mohan (placerade) Sarovar och (från lämnat) Akihito Ishizaki, Birgitta Whaley och Graham Fleming bar ut den första observationen och karakteriseringen av quantumförvecklingen i ett verkligt biologiskt system. (Foto av Roy Kaltschmidt, Berkeley LabbStatlig affär)

Föregående experiment ledde vid Graham Fleming, gemensamma tidsbeställningar för ett läkarundersökningkemistinnehav med det Berkeley Labbet, och Uc Berkeley som pekas till den mekaniska quantumen, verkställer, som det nyckel- till kapaciteten av gröna växter, till och med photosynthesis, nästan ögonblickligen att överföra sol- energi från molekylar i ljusa plockningkomplex till molekylar i electrochemical reaktion centrerar. Nu har ett nytt kollaborativt lag, som inkluderar Fleming, identifierat förveckling, som ett naturligt särdrag av dessa quantum verkställer. Då två quantum-storleksanpassade partiklar, till exempel är en para av elektroner, ”intrasslad,” någon ändring till ska en reflekteras ögonblickligen i annan, ingen materia hur de kan långt ifrån varandra är. Fast fysiskt avskilda, agerar de två partiklarna som en singelenhet.

”Är Denna den första studien att visa, att förvecklingen, kanske den mest särskiljande egenskapen av mekaniska system för quantum, är närvarande över ett helt ljust plockningkomplex,” något att säga Mohan Sarovar, Centrerar endoktors- forskare under den Uc Berkeley kemiprofessorn Birgitta Whaley på Berkeleyen för Quantum Information och Uträkning. ”Har Stunder där varit föregående utredningar av förvecklingen i toysystem, som motiverades av biologi, detta är första anföra som exempel i vilken förveckling har undersökts och har kvantifierats i ett verkligt biologiskt system.”,

Resultaten av denna studie rymmer implikationer inte endast för utvecklingen av konstgjorda photosynthesissystem som en förnybar non-förorena källa av elektrisk energi, men också inför framtiden utveckling av quantum-baserade teknologier i områden liksom beräkning - en quantumdator kunde utföra tusentals tider för bestämda funktioner snabbare än någon konventionell dator.

”Kan kurserna som vi lärer om quantumaspekterna av den ljusa plockningen i naturliga system, appliceras till designen av konstgjorda photosynthetic system, som är även bättre,” Sarovar något att säga. ”Strukturerar det organiskt i ljusa plockningkomplex, och deras syntetmaterialimitatörar kunde också serven som användbara delar av quantumdatorer, eller andra quantum-förhöjda apparater, liksom binder för överföringen av information.”,

Vad kan bevisa att vara denna studie viktigaste uppenbarelse är att tvärtemot den populära vetenskapliga aningen att förvecklingen är en bräcklig och exotisk egenskap som är svår att iscensätta och underhålla, har de Berkeley forskarna visat att förvecklingen kan finnas och framhärda i den kaotiska kemiska komplexiteten av ett biologiskt system.

”Framlägger Vi starkt bevisar för quantumförveckling i bullriga non-equilibrium system på höga temperaturer, genom att bestämma timescalesna, och temperaturer, som förvecklingen är observablen för i ett protein, strukturerar, som är centralen till photosynthesis i bestämda bakterier,” Sarovar något att säga.

Sarovar är enförfattare med Fleming och Whaley av ett pappers- beskriva denna forskning som verkar on-line i betitlade ”Quantum för föra journal överNaturen den Fysik förvecklingen i photosynthetic ljus-plockning komplex.”, Också co-att vara upphovsman till detta pappers- var Akihito Ishizaki i Flemings forskninggrupp.

Gräsplanväxter och bestämda bakterier är kompetent att överföra energin som skördas från solljus till och med en knyta kontakt av ljusa plockningpigment-protein komplex och in i reaktion, centrerar med nästan 100 procent effektivitet. Speed är det nyckel- - överföringen av den sol- energin äger rum, så fasta att lite energi slös bort som värmer. I 2007 anmälde Fleming och hans forskninggrupp första riktar bevisar att denna i grunden ögonblickliga energiöverföring gjordes möjligheten av en remarkably långlivad wavelike elektronisk quantumsammanhållning.

Genom Att Använda elektroniska spektroskopimätningar som gjordes på ettfjäll för femtosecond (millionths av billionth av en understödja), upptäckte Fleming och hans grupp att existensen av ”quantumstryk” signalerar, sammanhängande elektroniska svängningar i både oljedoserings- och acceptormolekylar. Dessa svängningar frambrings av magnetiseringsenergin från fångade sol- fotoner, gillar vinkar bildat, när stenar kastas in i ett damm. Det wavelike kvalitets- av svängningarna möjliggör dem samtidigt för att ta prov alla potentiella banor för energiöverföring i det photosynthetic systemet och för att välja det effektivast. Följande studier av Fleming och hans grupp identifierade ett nära packat pigment-protein komplex i den ljusa plockningen portionr av det photosynthetic systemet som källan av sammanhängande svängningar.

”Föreslogg Våra resultat att korrelerade proteinmiljöer som omger sammanhållning för quantum för sylt för pigmentmolekylar (liksom klorofyll) i photosynthetic komplex och att låta magnetiseringsenergin till flyttningen coherently i utrymme, som möjliggör i sin tur högt effektiv energiplockning och tillbehörar i photosynthesis,” Fleming något att säga.

I denna nya studie modellerar ett pålitligt av ljus plockningdynamik som framkallas av Ishizaki, och Fleming kombinerades med informationsforskningen om quantumen av Whaley och Sarovar för att visa att quantumförvecklingen dyker upp, som quantumsammanhållningen i photosynthesissystem evolves. Fokusera av deras studie var denOlson (FMO) det photosynthetic ljus-plockningen proteinet, ett molekylärt komplex som fanns i gröna svavelbakterier som är ansett ett modellerasystem för att studera photosynthetic energiöverföring, därför att den består av endast sju pigmentmolekylar vars kemi har väl karakteriserats.

”Grundar Vi numeriskt bevisar för existensen av förvecklingen i FMOkomplex, som framhärdade över picosecondtimescales, i grunden, tills magnetiseringsenergin fångades av reaktionen centrerar,” Sarovar något att säga.

”Är illustrerar Detta anmärkningsvärt i ett biologiskt eller oordnat system på fysiologiska temperaturer och, att non-equilibrium den multipartite förvecklingen kan finnas för förhållandevis lång tid, även i högt decoherent miljöer.”,

Forskninglaget grundar också att förvecklingen framhärdade distanserar across av omkring 30 angstroms (en angstrom är diametern av en väteatom), men detta längd-fjäll beskådades som en produkt av det förhållandevis litet storleksanpassar av FMOkomplex, ganska än en begränsning av verkställa sig själv.

”Förväntar Vi att långlivad, denequilibrium förvecklingen som också ska är närvarande i större ljusa plockningantennkomplex, liksom LH1 och LH2, och det i sådan större ljusa plockningkomplex kan det också vara möjligheten som ska skapas, och servicemultipelmagnetiseringar för att att ta fram en rikare variation av intrasslat påstår,” något att säga Sarovar.

Forskninglaget förvånades för att se att den viktiga förvecklingen framhärdade mellan molekylar i det ljusa plockningkomplex som inte kopplades ihop starkt (förbindelse) till och med deras elektroniskt, och vibrational påstår. De förvånades också för att se hur få effekt lite temperaturen hade på graden av förvecklingen.

”I sätta in av information om quantumen, temperatur vanligt är ansett mycket deleterious till quantumrekvisita liksom förveckling,” Sarovar något att säga. ”Men i system liksom ljusa plockningkomplex, ser vi att förvecklingen kan vara förhållandevis immun till verkställer av ökande temperatur.”,

Denna forskning stöttades i del av U.S.-Avdelning av Energis Kontor av Vetenskap, och i del vid ett lån från Försvar Avancerade Projekterar Forskningen Byrån (DARPA).

Last Update: 26. January 2012 03:16

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit