Bitkiler yüz milyonlarca yıldır güneş enerjisi kullanıyor. Algler ve fotosentetik bakteriler, bitkilerden daha uzun bir süredir aynı şeyi yapıyor ve hepsi de bunu olağanüstü bir verimlilik ve dayanıklılıkla gerçekleştiriyorlar.

Hâl böyleyken, bilim insanlarının, güneş panelleri ve sensörler gibi insan yapımı cihazları geliştirmek için bu bilgiyi kullanmayı umarak, bunun tam olarak nasıl gerçekleştiğini anlamaya çalışmaları pek şaşılacak bir şey değil.

ABD Enerji Bakanlığı’nın (DOE) Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndan bilim insanları, St. Louis’deki Washington Üniversitesi’nden meslektaşlarıyla yakın bir şekilde çalıştılar ve fotosentetik proteinlerin ışığı yakalayıp bir dizi elektron transfer tepkimesi başlatmak için kullandığı ilk ve ultra hızlı olaylara odaklanarak, geçtiğimiz günlerde bu asırlık gizemin önemli bir kısmını çözdüler.

İlk adım anlaşıldı

Argonne Laboratuvarı’ndan biyofizikçi Philip Laible, “Biyolojinin tüm kökleşmiş faaliyetleri nasıl beslediğini anlamak için elektron transferini anlamanız gerekir” diyor. “Elektronların hareketi çok önemlidir; zira bu, bir hücre içindeki işlerin nasıl gerçekleştirildiğiyle ilgilidir.”

Fotosentetik (fotosentez işlemini yerine getiren/ç.n.) organizmalarda bu süreçler, proteinlerde yerleşik olan pigmentler tarafından bir ışık fotonunun emilmesiyle başlar. Fotonların her biri, hücre dahilindeki özel bölmelerin içinde bulunan bir zar boyunca bir elektronu iter.

Argonne Laboratuvarı’ndan biyokimyacı Deborah Hanson, “Yükün bir zar boyunca ayrılması -ve dengelenmesi- hücre büyümesini besleyen enerjinin üretilmesi açısından kritik bir önem taşır” diyor. Argonne ve Washington Üniversitesi’nin ortak araştırma ekibi, bu süreçteki ilk adımlara, yani elektronun yaptığı yolculuğa ilişkin değerli bilgilere ulaştı.

Yaklaşık 35 yıl önce, buna benzer komplekslerin ilk yapısı gözler önüne serildiğinde, bilim insanları ışığın emiliminden sonraki elektron transfer süreçlerinde bir ikilemle karşı karşıya olduklarını keşfederek şaşırdılar; çünkü elektronun seyahat etmesi için iki muhtemel yol vardı.

Doğada, bitkiler, algler ve fotosentetik bakteriler bu yollardan yalnızca birini kullanır ve bilim insanlarının neden böyle olduğuna dair hiçbir fikri yoktu.

Elektronun yolunu bilim insanları belirledi

Bilim insanları, elektronun zar boyunca itilmesinin -foton enerjisinin etkili bir şekilde toplanmasının- birden fazla adım gerektirdiğinin farkındaydılar. Argonne ve Washington Üniversitesi bilim insanları, şimdi, elektronun yörüngesini değiştirmek için her birine müdahale etmeyi başardılar.

Washington Üniversitesi’nde kimyager olan Dewey Holten, “Otuz yıldan fazla zamandır bu yolda ilerliyoruz ve bu, birçok fırsatın önünü açan büyük bir başarı” diyor.

Bilim ekibinin Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri’nde yayınlanan ‘Kutupları Anahtarlama – Bakteriyel fotosentetik tepkime merkezinde birincil yük ayrımının yeniden yapılandırılması’ adlı son makalesi, yolların kullanımını değiştirip birini devreye sokarken diğerini devre dışı bırakmayı sağlayarak, bu protein kompleksinin mühendislik versiyonunu nasıl keşfettiklerini ortaya koyuyor.

Washington Üniversitesi’nde kimyager ve projenin lideri olan Christine Kirmaier, “İlk elektron transferinin yönünü değiştirmeyi başarmamız dikkat çekici” diyor. “Doğada, elektron yüzde 100 ihtimalle yollardan birini seçerdi. Fakat çabalarımız sayesinde, elektronu yüzde 90 olasılıkla alternatif bir yola geçirmeyi başardık. Bu keşifler, gelecekteki araştırmalar için heyecan verici yeni sorular ortaya koyuyor.”

Bilim insanları, çabalarının neticesinde, bir elektronu artık kendilerinin seçtiği yoldan gönderebilecekleri elektron transfer sistemleri tasarlamaya her zamankinden daha yakınlar.

Laible, “Bu keşif çok önemli; çünkü biyolojik olmayan sistemlerde yeni uygulamaların önünü açacak tasarım ilkelerini anlayacak biçimde enerji akışını kullanma yeteneği kazanıyoruz” diyor. “Bu, birçok güneş enerjili cihazın verimliliğini büyük oranda artırmamıza ve potansiyel olarak onları çok daha küçük bir hale getirmemize olanak sağlayacak. Artık, doğa tarafından öngörülmemiş ışık odaklı biyokimyasal reaksiyonlara ilişkin tam anlamıyla yeni disiplinlerin önünü açmak için devasa bir fırsat yakaladık. Şayet bunu yapabilirsek, bu çok büyük bir şey olur.”

Yazının aslı Science Daily sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)

Gazete Duvar / 12.02.20