Полученные данные могут быть полезны при разработке искусственных фотосинтетических систем, которые используют прерывистый солнечный свет для создания топлива, которое можно использовать в любое время.Разработка искусственных фотосинтетических систем для производства химического топлива из солнечной энергии — это долгосрочная исследовательская цель, которая охватывает множество научных и технических задач. Один из ключевых вопросов — способность фотосинтетической системы защищаться от фотоповреждений.
Естественный солнечный свет наносит вред фотосинтетическим системам растений, водорослей и цианобактерий, и ожидается, что он также будет вреден для высокоэффективных искусственных систем. Природа разработала механизм фотозащиты, который включает безвредное удаление лишней энергии из системы в виде тепла; однако в настоящее время такого процесса для искусственных систем не существует.
Пытаясь понять механизмы естественной фотозащиты, исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и Университета штата Мичиган охарактеризовали оранжевый каротиноидный белок (ОСР), который обеспечивает фотозащиту у цианобактерий.Под воздействием солнечного света ОСР фотоактивируется и переходит из «оранжевого, поглощающего свет» состояния в «красное, светозащитное» состояние, которое связывается с антенной цианобактерий для рассеивания тепла. Используя рентгеновскую кристаллографию и рентгеновское сканирование, эта работа показала, что преобразование из оранжевого в красное состояние вызвано сдвигом на 12 А каротиноидного пигмента в ОСР.
Сдвиг пигмента создает различные взаимодействия каротиноид-белок, которые вызывают изменение формы белка, а также обеспечивает способность вновь образованного белка «красного» состояния связываться с антенной цианобактерии и рассеивать тепло. Подобные движения каротиноидов могут происходить в растениях и водорослях, которые также зависят от каротиноидных пигментов, связанных с белками для фотозащиты.При поддержке Министерства энергетики США (DOE), Управления науки, фундаментальных энергетических наук, химических наук, наук о Земле и биологических наук, награда DE-FG02-91ER20021.
Усовершенствованный источник света в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли поддерживается Управлением науки, Управлением фундаментальных энергетических наук, Министерством энергетики в соответствии с контрактом № DE-AC02-05CH11231. В этом исследовании использовались ресурсы Национального вычислительного центра энергетических исследований, Научно-исследовательского центра Министерства энергетики США, поддерживаемого Управлением науки Министерства энергетики по контракту № DE-AC02-05CH11231 и Объединенный институт биоэнергетики при поддержке Управления науки Министерства энергетики США, Управления биологических и экологических исследований по контракту DE-AC02-05CH11231.
A.W., A.T., C.B. и D.K. поддерживаются грантом Национального агентства исследований (ANR, проект CYANOPROTECT) и используются ресурсы CNRS и Комиссариата по атомной энергии (CEA).