Các nhà nghiên cứu đã tình cờ phát hiện ra rằng một bước quan trọng trong quá trình quang hợp có thể xảy ra sớm hơn nhiều so với suy nghĩ trước đây. (Ảnh: needpix)
Các nhà khoa học đã tình cờ phát hiện ra một trong những quá trình hóa học được nghiên cứu kỹ lưỡng nhất trong tự nhiên, quang hợp, có thể không hoạt động theo đúng cách chúng ta vẫn nghĩ.
Quang hợp là quá trình thực vật, tảo và một số vi khuẩn chuyển đổi CO2 và nước thành O2 và đường để dùng làm năng lượng. Để làm được điều đó, các sinh vật sử dụng ánh sáng mặt trời để oxy hóa hoặc lấy electron từ nước; và giảm hoặc cung cấp electron cho các phân tử CO2. Những phản ứng hóa học này đòi hỏi sự hiện diện của các hệ thống quang hợp – các phức hợp protein có chứa chất diệp lục, sắc tố hấp thụ ánh sáng và tạo cho lá cây và tảo có màu xanh lục.
Trong nghiên cứu mới, được công bố trên tạp chí Nature, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật mới, được gọi là quang phổ hấp thụ chuyển đổi cực nhanh, để nghiên cứu cách thức hoạt động của quá trình quang hợp ở thang thời gian một phần triệu tỷ giây (0,000000000000001 giây). Ban đầu, nhóm nghiên cứu dự định cố gắng tìm hiểu xem quinon – các phân tử hình vòng có thể lấy electron trong các quá trình hóa học – tác động đến quá trình quang hợp như thế nào. Nhưng thay vì việc đó, họ lại phát hiện ra rằng trong quá trình quang hợp, các electron có thể được giải phóng khỏi các hệ thống quang hợp sớm hơn nhiều so với hiểu biết trước đây.
Jenny Zhang, đồng tác giả nghiên cứu một nhà hóa sinh chuyên về quang hợp tại Đại học Cambridge ở Anh, cho biết: “Chúng tôi lúc đầu tưởng rằng chúng tôi chỉ đang sử dụng một kỹ thuật mới để xác nhận những gì đã biết. Nhưng thay vì như vậy, chúng tôi đã tìm ra một con đường hoàn toàn mới và mở hộp đen của quá trình quang hợp rộng hơn một chút”.
Quá trình quang hợp sử dụng hai hệ thống: hệ thống quang hợp I (PSI) và hệ thống quang hợp II (PSII). PSII chủ yếu cung cấp electron cho PSI bằng cách lấy chúng từ các phân tử nước: PSI sau đó tiếp tục kích thích các electron trước khi giải phóng chúng để cuối cùng kết hợp với CO2 để tạo ra đường, thông qua một loạt các bước phức tạp.
Nghiên cứu trước đây đã gợi ý rằng bộ khung protein trong PSI và PSII rất dày, giúp giữ các electron bên trong trước khi được chuyển đến nơi cần thiết. Nhưng kỹ thuật quang phổ cực nhanh mới tiết lộ rằng khung protein bị “rò rỉ” nhiều hơn dự kiến và một số electron có thể thoát ra khỏi hệ thống quang hợp gần như ngay lập tức sau khi ánh sáng được chất diệp lục hấp thụ. Do đó, những electron này có thể đi tới mục tiêu nhanh hơn dự kiến.
Zhang cho biết: “Con đường truyền electron mới mà chúng tôi tìm thấy ở đây là hoàn toàn bất ngờ. Chúng ta không biết nhiều về quang hợp như chúng ta nghĩ”.
Sự rò rỉ electron đã được quan sát thấy trong cả hệ thống quang hợp đơn lẻ và trong các hệ thống quang hợp “sống” bên trong vi khuẩn lam.
Ngoài việc viết lại những hiểu biết của chúng ta về quang hợp, khám phá này còn mở ra những con đường mới cho các ứng dụng công nghệ sinh học và nghiên cứu trong tương lai. Nhóm nghiên cứu tin rằng bằng cách “hack” quá trình quang hợp để giải phóng nhiều electron hơn trong các giai đoạn sớm, quá trình này có thể trở nên hiệu quả hơn nhiều, giúp tạo ra các loại cây có khả năng chống chịu được biến đổi khí hậu tốt hơn.
Theo Livescience
Văn Thiện biên dịch
Bạn bình luận gì về tin này?
NTD Việt Nam