SLAC 国家加速器实验室和劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员（以及瑞典、德国和英国的合作者）对光合作用的最后一步有了新的认识。他们以原子细节观察了光系统 II（一种在植物中发现的蛋白质复合物）如何经历导致额外氧原子损失的转变。科学家们相信这些发现将有助于为优化清洁能源提供路线图。 “这真的会改变我们对 Photosystem II 的看法，”威斯康星大学麦迪逊分校的科学家兼教授 Uwe Bergmann 说，他是该论文的合著者。
研究人员拍摄了该过程不同阶段（在室温下）的“极高分辨率图像”，让他们对具体如何以及在何处产生氧气有了新的认识。棒球可以提供一个简单的（如果有点勉强）比喻来说明这个过程。 “当暴露在阳光下时，中心会循环通过四种稳定的氧化态，称为 S0 到 S3，”SLAC 解释说。 “在棒球场上，当本垒上的球员准备好击球时，S0 将是比赛的开始。 S1-S3 将是第一名、第二名和第三名的球员。”基于这个比喻，击球手与跑者接触意味着复合物吸收了阳光光子。 “当第四个球被击中时，球员滑入本垒，得分，或者在 Photosystem II 的情况下，释放一个可呼吸的氧气分子。”这是他们首次成像的最后阶段（S4，在我们的比喻中，位于三垒和滑回家之间），两个氧原子结合释放一个氧分子，揭示了以前看不见的额外步骤。
下面的视频说明了该团队的过程和发现。
“产生可呼吸氧气的大部分过程都发生在这最后一步，”伯克利实验室的科学家、该论文的合著者 Vittal Yachandra 说，该论文发表在《自然》杂志上。 “但是在 Photosystem II 的不同部分发生了几件事，它们最终都必须聚集在一起才能使反应成功。就像在棒球比赛中，球的位置、垒手和外野手的位置等因素会影响球员到达本垒的动作，催化中心周围的蛋白质环境会影响这种反应的进行方式。”
研究人员预计今年晚些时候的 X 射线升级将进一步阐明这一过程。它将使用高达每秒一百万个脉冲的重复率，高于本实验中使用的每秒 120 个。 “通过这些升级，我们将能够在短短几个小时内收集好几天的数据，”Bergmann 说。 “我们还将能够使用软 X 射线进一步了解系统中发生的化学变化。这些新功能将继续推动这项研究向前发展，并为光合作用提供新的思路。”
该团队认为，这些结果将帮助他们“开发模拟光合作用的人工光合作用系统，以收集自然阳光，将二氧化碳转化为氢和碳基燃料。”伯克利实验室的另一位合著者兼科学家 Jan Kern 说：“我们对大自然的运作方式了解得越多，我们就越接近于在人造过程中使用这些相同的原理，包括将人工光合作用作为清洁和清洁的想法。可持续能源。”
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