נחשף חלק חיוני נוסף בתהליך הפוטוסינתזה

מדענים הצליחו לחשוף חלק חיוני בתהליך הפוטוסינתזה, החלק המתמקד בשלבים הראשונים והמהירים במיוחד במהלכם החלבונים הפוטוסינתטיים לוכדים אור ומנצלים אותו לייזום סדרה של תגובות להעברת אלקטרונים

[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]

צמחים מנצלים את אנרגיית השמש מזה מאות מיליוני שנים. אצות וחיידקים פוטוסינתטיים גם הם עושים זאת, אפילו זמן ארוך יותר, בתהליך יעיל ומורכב במיוחד. אין זה מפליא, לפיכך, שמדענים מנסים להבין במלואו את המנגנון הזה בתקווה להשתמש בתובנות על מנת לשפר התקנים מעשי אדם המתבססים על מנגנון דומה, כדוגמת לוחות סולאריים וגלאים.

מדענים מהמעבדה הלאומית ארגון של משרד האנרגיה בארה”ב, בשיתוף פעולה עם מדענים מאוניברסיטת וושינגטון בסנט לואיס, חשפו לאחרונה חלק חיוני בתעלומה עתיקת יומין זו, תוך שהם מתמקדים בשלבים הראשוניים והמהירים במיוחד במהלכם חלבונים פוטוסינתטיים לוכדים אור ומשתמשים בו על מנת ליזום סדרה של תגובות להעברת אלקטרונים. “על מנת להבין כיצד הביולוגיה מתדלקת את כל הפעילויות של החי והצומח, עליך להבין תחילה את המנגנון של העברת אלקטרונים”, מסביר החוקר הראשי. “התנועה של אלקטרונים בתוככי התאים היא חשובה במיוחד”. בייצורים המבצעים פוטוסינתזה תהליכים אלו מתחילים בבליעה של פוטון אור על ידי צבען ייעודי הנמצא בחלבונים. כל פוטון מעביר אלקטרון דרך קרומית הנמצאת בתוך מתחמים מוגדרים בתא. “הפרדת מטען לאורך הקרומית – והייצוב של מטען זה – היא שלב חיוני מאחר והוא זה היוצר אנרגיה המתדלקת את גדילת התא”, אומר החוקר.

לפני כשלושים וחמש שנים, כאשר נחשפו לראשונה המבנים של מתחמים מורכבים אלו, מדענים הופתעו לגלות כי לאחר הבליעה של האור תהליכי העברת האלקטרונים ניצבים בפני דילמה: קיימים שני מסלולים אפשריים שבהם יכולים האלקטרונים לנוע בהם. בטבע, צמחים, אצות וחיידקים המבצעים פוטוסינתזה משתמשים רק באחד מהמסלולים האפשריים הללו – ולמדענים אין כל הסבר מדוע נבחר המסלול הזה. מה שהם כן ידעו הוא שהמעבר של האלקטרון דרך הקרומית תוך ניצול אנרגיית הפוטון מחייב מספר שלבים. החוקרים הצליחו להפריע לכל אחד מהשלבים הללו תוך שינוי מסלולו של האלקטרון. “היינו בנתיב הזה למעלה משלושה עשורים וזהו הישג אדיר הפותח בפנינו הזדמנויות רבות”, מסביר החוקר הראשי.

שינוי מסלולו של האלקטרון

המאמר החדש של החוקרים, שפורסם בכתב העת המדעי Proceedings of the National Academy of Sciences, מתאר כיצד הם חשפו גרסה מהונדסת של תצמיד חלבוני זה המשנה את המסלולים האפשריים, תוך שהם מפעילים את האחד ומשביתים את השני. “זה מדהים שהצלחנו לשנות את כיוון המעבר הראשוני של האלקטרון”, מסביר החוקר. “בטבע, האלקטרון “בוחר” בכל הפעמים את אותו המסלול. אולם, בעזרת המאמצים שלנו, הצלחנו לגרום לאלקטרון לזרום במסלול החלופי בתשעים אחוזים מהמקרים. ממצאים אלו מציבים בפנינו שאלות מחקריות מרתקות לעתיד הקרוב”.

בעקבות המאמצים שלהם, המדענים קרובים כעת, יותר מאי פעם בעבר, להתחיל ולעצב מערכות להעברת אלקטרונים המורכבות ממסלולים מותאמים מראש. “זהו ממצא חשוב מאוד מאחר והצלחנו להשיג את היכולת לנצל את זרם האנרגיה על מנת להבין את עקרונות העיצוב שיובילו ליישומים חדשים של מערכות דומות”, אומר החוקר. “מחקר זה יאפשר לנו לשפר משמעותית את היעילות של התקנים רבים המופעלים על ידי אנרגיה סולארית, כך שבסופו של דבר הם יהיו זעירים וזולים יותר ויותר. ניצבת בפנינו כאן הזדמנות אדירה לייסד תחום חדש לחלוטין של תגובות ביוכימיות מבוססות אור, כאלו שלא מוכרים בטבע. אם נצליח בזאת, התוצאות תהיינה מדהימות”.

תקציר המאמר

הידיעה אודות המחקר