Ученые синтезировали молекулу с саморегуляцией

Растениям необходим свет для жизни, но его избыток приводит к накоплению высокоэнергетических химических промежуточных продуктов, которые могут повредить или убить растение. Это происходит, когда преобразование солнечного света в химическую энергию не успевает за потоком света.

Для защиты от таких повреждений растения используют процесс нефотохимического тушения (NPQ), который сбрасывает избыточную энергию возбуждения в виде тепла.

Исследователи из Университета штата Аризона (ASU) — Девенс Гаст, Томас Мур и Ана Мур — создали искусственную молекулу, имитирующую этот природный процесс. Результаты опубликованы в Nature Nanotechnology (4 мая 2008 г.).

Как работает молекула:

  • Молекула содержит две светособирающие "антенны", порфириновый донор электронов, фуллереновый акцептор и регулирующий блок.
  • Этот блок может обратимо фотоизомеризоваться между двумя формами: дигидроиндолизином (DHI) и бетаином (BT).
  • При слабом белом свете поглощенная порфирином (или антеннами) энергия эффективно преобразуется в электрохимический потенциал.
  • При увеличении интенсивности света часть молекул переключается: DHI превращается в BT. Эта форма отводит энергию возбуждения от порфирина, преобразуя её в тепло, и предотвращает создание избыточного электрохимического потенциала.
  • Чем ярче свет, тем больше молекул переходит в неактивную форму, снижая эффективность преобразования света в химическую энергию. Молекула адаптируется к окружающей среде.

Значение исследования:

  1. Для понимания фотосинтеза: Работа функционально имитирует один из процессов в фотосинтезе, который ограничивает энергоэффективность растений. Понимание этих событий на молекулярном уровне может помочь в перепроектировании фотосинтеза для повышения его эффективности.
  2. Для нанотехнологий: Исследование демонстрирует принцип адаптивной саморегуляции на молекулярном уровне в небиологической системе. Достижение такого поведения в искусственных устройствах важно для реализации потенциала нанотехнологий, где наноразмерные компоненты должны реагировать на внешние стимулы для поддержания баланса.