Alle levende organismen hebben energie nodig om te overleven, en deze energie komt indirect van de zon. Sommige organismen, zoals planten, cyanobacteriën, en algen, zijn in staat om deze lichtenergie direct om te zetten in chemische energie via een proces dat 'fotosynthese' wordt genoemd. Deze fotosynthetische organismen bevatten speciale structuren om fotosynthese te mediëren, "fotosystemen" genoemd.

Er zijn twee fotosystemen die licht-energieomzettingsreacties uitvoeren, die elk zijn samengesteld uit een aantal eiwitten en pigmenten. Onder fotosynthetische pigmenten, chlorofyl is de meest cruciale, die niet alleen lichtenergie van de zon opvangt, maar ook deelneemt aan de "elektronenoverdrachtketen, " een moleculaire route waardoor fotonen (uit het zonlicht) worden omgezet in elektronen (die worden gebruikt als energiebron). Er zijn verschillende soorten chlorofylmoleculen, elk met een specifieke functie, variërend van het absorberen van licht en het omzetten ervan in energie. Bovendien, elk chlorofylmolecuul absorbeert licht in verschillende regio's. Onlangs, een nieuw type chlorofyl genaamd Chl F was ontdekt, maar details zoals waar het zich precies bevindt en hoe het functioneert, zijn tot nu toe een mysterie gebleven.

In een nieuwe studie gepubliceerd in Natuurcommunicatie , een team van onderzoekers onder leiding van Prof. Tatsuya Tomo aan de Tokyo University of Science, Japan, en inclusief samenwerkende onderzoekers van de Okayama University, Tsukuba-universiteit, Universiteit van Kobe, en RIKEN, onthulde nieuwe details over de locatie en functies van Chl F . Ze wilden inzicht krijgen in het complexe proces van fotosynthese, aangezien een diepgaand begrip van dit proces verschillende toekomstige toepassingen kan hebben, zoals de ontwikkeling van zonnecellen. Over de studie gesproken, Prof. Tomo zegt, "Het eerste verloop van fotosynthese begint wanneer het fotosynthetische pigment gebonden aan dit fotochemische complex licht absorbeert. We analyseerden de structuur van een nieuw ontdekt fotochemisch complex, fotosysteem I met Chl F dat een absorptiemaximum heeft aan de lagere energiekant van licht (verrood licht). Bovendien, we hebben de functie van Chl . geanalyseerd F ."

Wat de wetenschappers tot nu toe wisten, was dat Chl F is "ver-rood verschoven, " wat betekent dat dit molecuul verrood licht absorbeert uit de onderkant van het lichtspectrum. Prof. Tomo en zijn team wilden dieper graven, en hiervoor, ze bestudeerden de alg waarin Chl F werd voor het eerst ontdekt. Door gebruik te maken van technieken zoals cryo-elektronenmicroscopie, ze analyseerden de structuur met hoge resolutie van het fotosysteem in deze alg in detail en ontdekten dat Chl F bevindt zich aan de rand van fotosysteem I (een van de twee soorten fotosystemen) maar is niet aanwezig in de elektronenoverdrachtketen. Ze ontdekten ook dat verrood licht structurele veranderingen in het fotosysteem veroorzaakt, die gepaard gaan met de synthese van Chl F in de algen, waardoor ze tot de conclusie kwamen dat Chl F veroorzaakt deze structurele veranderingen in fotosysteem I. Dit was spannend, aangezien deze bevinding de eerste is om uit te leggen hoe Chl . precies F werken.

Prof Tomo zegt, "Onze bevindingen onthulden dat het uiterlijk van Chl F is goed gecorreleerd met de expressie van fotosysteem I-genen die worden geïnduceerd onder verrood licht. Dit geeft aan dat Chl F functies om het verrode licht te oogsten en de energieoverdracht bergopwaarts te verbeteren. We ontdekten ook dat de aminozuursequentie van fotosysteem I was veranderd om de structuur van Chl . te accommoderen F ."

Het begrijpen van de fijne kneepjes van fotosynthese heeft verschillende belangrijke toepassingen. Bijvoorbeeld, het nabootsen van het proces van fotosynthese in een kunstmatig systeem is een elegante methode om zonne-energie op te vangen en om te zetten in elektriciteit. Prof Tomo legt uit, "Ongeveer de helft van de zonne-energie die op de aarde valt, is zichtbaar licht, en de andere helft is infrarood licht. Ons onderzoek brengt een mechanisme naar voren dat licht kan gebruiken op het lagere energiespectrum, die nog nooit eerder is gezien. Onze bevindingen laten zien hoe de efficiëntie van energieoverdracht in fotosynthese kan worden verbeterd en, door verlenging, bieden ook belangrijke inzichten in kunstmatige fotosynthese."