مجلة عالم التكنولوجيا
مجلة تكنولوجية شاملة

مشروع علمي يكشف سر “التمثيل الضوئي”

0 53

تعمل النباتات على تسخير طاقة الشمس لمئات ملايين السنين، ولطالما عملت الطحالب والبكتيريا الضوئية على فعل الشيء نفسه؛ لذا فلا عجب أن يكون العلماء سعوا لفترة طويلة لفهم كيفية قيامهم بذلك، على أمل استخدام هذه المعرفة لتحسين الأجهزة التي من صنع الإنسان، مثل الألواح الشمسية وأجهزة الاستشعار.

وحل علماء من “مختبر أرجون الوطني”، التابع لوزارة الطاقة الأمريكية، الذين يعملون عن كثب مع متعاونين مع “جامعة واشنطن” في سانت لويس، جزءًا من هذا اللغز، مستمرين في الأحداث الأولية فائقة السرعة التي تلتقط من خلالها “البروتينات التركيبية الضوئية” الضوء وتستخدمه لبدء سلسلة من ردود الأفعال لنقل الإلكترون.

وقال ” فيليب لايون” عالم الفيزياء الحيوية في المختبر:”من أجل فهم كيف تعمل البيولوجيا على تغذية جميع أنشطتها المتأصلة، يجب أن نفهم عملية نقل الإلكترونات، فهي أمر حاسم  يفسركيف يتم إنجاز العمل داخل الخلية”.

في الكائنات العضوية الضوئية، تبدأ هذه العمليات بامتصاص فوتون من الضوء بواسطة أصباغ في البروتينات، ثم يدفع كل فوتون إلكترونًا عبر غشاء يقع داخل مقصورات متخصصة داخل الخلية.

وقال “ديبورا هانسون”؛ عالم الكيمياء الحيوية في المختبر: “الفصل بين الشحنة عبر الغشاء واستقراره أمر بالغ الأهمية؛ لأنه يولد طاقة تعمل على تغذية نمو الخلايا”.

واكتسب فريق البحث في مختبر أرجون وجامعة واشنطن نظرة ثاقبة حول الخطوات الأولية في هذه العملية “رحلة الإلكترون”.

ومنذ ما يقرب من 35 عامًا، عندما تم الكشف عن الهيكل الأول لهذه الأنواع من المجمعات، فوجئ العلماء باكتشاف أنه بعد امتصاص الضوء، واجهت عمليات نقل الإلكترون معضلة: هناك طريقان محتملان للسفر الإلكتروني.

وفي الطبيعة، تستخدم النباتات والطحالب والبكتيريا الضوئية واحدًا منهما فقط، ولم يكن لدى العلماء أي فكرة عن السبب. ولكن ما تم معرفته هو أن دفع الإلكترون عبر الغشاء -الذي يحصد طاقة الفوتون بفعالية – يتطلب خطوات متعددة.

تمكن فريق العلماء من التدخل في كل واحد منهم لتغيير مسار الإلكترون. وقال “ديوي هولتن”؛ الكيميائي في جامعة واشنطن: “لقد كنا في هذا الطريق لأكثر من ثلاثة عقود، وهو إنجاز رائع يفتح أمامنا العديد من الفرص”.

ويوضح مقال العلماء الأخير المنشور في دورية “وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم” كيفية تبديل الجوانب وإعادة فصل الشحنة الأساسية المعاد هندستها في مركز التفاعل الضوئي البكتيري. كما اكتشفوا نسخة هندسية من هذا المركب البروتيني الذي أدى إلى تبديل استخدام الممرات، وتمكين المسار الذي كان غير نشط أثناء تعطيل الآخر.

وقال “كريستين كيرماير”؛ الكيميائي بجامعة واشنطن وقائد المشروع: “من اللافت أننا تمكنا من تغيير اتجاه النقل الإلكتروني الأولي”.

وأوضح “في الطبيعي يختار الإلكترون مسارًا واحدًا بنسبة 100% من الوقت، لكن من خلال جهودنا تمكنا من تحويل الإلكترون إلى مسار بديل بنسبة 90% من الوقت. هذه الاكتشافات تطرح أسئلة مثيرة للبحث المستقبلي”.

ونتيجة لذلك؛ أصبح العلماء الآن أكثر من أي وقت مضى قادرين على تصميم أنظمة نقل الإلكترون التي يمكنهم من خلالها إرسال الإلكترون في طريق يختارونه.

يذكر أن ذلك المشروع سيتيح للعلماء تحسين كفاءة العديد من الأجهزة التي تعمل بالطاقة الشمسية بشكل كبير، ما قد يجعلها أصغر بكثير. ولديهم فرصة هائلة هنا لفتح مجالات جديدة تمامًا للتفاعلات الكيميائية الحيوية التي تحركها الضوء، تلك التي لم يتم تصورها من قِبل الطبيعة.


المصدر: sciencedaily: Scientists unravel mystery of photosynthesis


بعد قراءة الموضوع يمكنك معرفة المزيد عن الكلمات الآتية:


5G Apple Google Huawei iPhone Samsung Tiktok آبل آيفون أمازون أمن المعلومات أندرويد إيلون ماسك الأمن السيبراني التطبيقات التكنولوجيا الجيل الخامس الخطوط الجوية السعودية الذكاء الاصطناعي السعودية الصين الفضاء المدن الذكية الهاتف المحمول الهواتف الذكية تقنية تويتر تيسلا تيك توك جوجل روبوت سامسونج سيارة سيارة كهرباء شاومي شخصية تكنولوجية طائرة فيروس كورونا فيس بوك فيسبوك كورونا مايكروسوفت ناسا هواوي واتساب


اترك رد

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.