Mégsem lehet lezártnak tekinteni a fotoszintézis-kutatást. A folyamat ugyanis egy mindössze 10 nanométer nagyságrendű molekula-komplexben játszódik, amelynek atomi szintű kristályszerkezetét csak a legújabb technológiák írták le. A fényenergiaátalakítás folyamatai is rendkívül összetettek és ultragyorsan zajlanak. A térben pedig nanométernyi távolságokon több mint száz különböző fehérje, több tucatnyi különböző lipid és sok-sok ezer pigment molekula vesz részt a fényenergia átalakításában. Eközben akár több százezer Volt/centiméter erősségű, időben is változó elektromos erőterek alakulnak ki. Az egymást követő folyamatoknak ez a gyors és dinamikus jellege még feltáratlan területeket hagy nyitva a fotoszintézis biofizikájának kutatói számára - írja az SZTE közleményében.
Döbbenetes felfedezést tettek a magyar kutatók a növényekkel kapcsolatban
A szegedi kutatócsoport a növények második fotokémiai rendszere (PSII) és az evolúciós elődjének számító bakteriális reakciócentrum működése közötti hasonlóságokra összpontosította figyelmét. Vizsgálataikban a növényi PSII magasan szervezett fehérjekomplexét tanulmányozták ismételt fényimpulzusok hatása alatt, és megállapították, hogy ennek során a fehérje szerkezete megváltozik, ami - meglepő módon - függött a fényimpulzusok követési idejétől. Adataik fényt derítettek arra is, hogy a fehérje „emlékszik” a korábbi megvilágítási eseményekre. Ez a „memória” csak úgy „kódolható” a proteinben, ha a gerjesztések követési távolsága kellően nagy az ultragyors folyamatokhoz képest. A kutatók úgy gondolják, valami korábban ismeretlen folyamat befejezését kell megvárni a két esemény között. Ez a felismerés egy 1963 óta elfogadott elméletet döntött meg a PSII sötét-fény átmenetét kísérő fluoreszcencia átmenetek eredetéről. Az erre épített technika ma is az egyik legszélesebb körben használt módszer a fotoszintézis-kutatásban, ezért a kérdés tisztázása alapvető fontosságú lehet.
A jelenleg rendelkezésre álló adatok erősen sugallják a bakteriális reakcióközpont és második fotokémiai rendszer komplexek hasonló dinamikáját, hasonló fizikai mechanizmusait. De rengeteg tényezőt kell megvizsgálnunk ahhoz, hogy innen előre jussunk. A töltésstabilizálódás például messze nem triviális; ott, azon a pár 10 angströmnyi környéken valaminek történnie kell, ami stabilizálja ezeket a töltés-párokat
- vélik az SZBK és az SZTE kutatói.
Ez is eljött: olyan dolog történhet a magyar földeken, amire még nem volt példa
A kétféle fotokémiai centrum kutatása korábban szinte párhuzamosan futott Szegeden: Dr. Nagy László évtizedek óta foglalkozott a bakteriális reakciócentrum témájával, míg Dr. Garab Győző és munkatársai növényi rendszereket vizsgáltak. Most ezt a két kutatási irányt egyesítették. A fotoszintézis ultragyors folyamatainak megismerését célzó kutatásba az ELI-ALPS Lézeres Kutatóintézet is bekapcsolódott. A megkérdezett kutatók egyetértettek abban, hogy az ELI-ALPS nagyenergiájú terahertzes lézerimpulzusai segítségével új megvilágításba helyezhetik a fotokémiai reakciócentrumokban lejátszódó folyamatokat. Az SZBK-SZTE-ELI-ALPS együttműködésében egy új kutatási projekt első megbeszélése máris szerveződik Szegeden.
Új trend terjedhet a mezőgazdaságban: ezzel most mindenki sokat nyerhet
A fotoszintézis energiamérlegének összméretére jellemző, hogy a napenergiából átalakított kémiai energia éves átlagos teljesítménye a Földön 120 TW, míg az emberiség éves energiafelhasználása jelenleg mintegy 16-17 TW. Ez a teljesítmény a fotoszintetikus energiaátalakítást a legnagyobb globális energiaátalakítási folyamattá teszi. Ugyanakkor a fotoszintézis energiaátalakító hatékonysága nem túl nagy, a termesztett növények a rájuk eső napenergiának mindössze kb. 1%-át alakítják át biomasszává. A kutatók szerint a természetes fotoszintézis újratervezése is valós tudományos célkitűzés. Fotoszintézis 2.0 néven jelenleg is nemzetközi program épül arra a célra, hogy a haszonnövények egyes tulajdonságait felerősítsék a fotoszintézis áttervezése révén. Ha a szántóföldi körülmények között mérhető 1%-os növényi fényenergia-átalakítási hatásfokot sikerülne 2%-ra emelni, az akár az élelmiszer-termelés megduplázódását is jelenthetné.
