|
 Đang trực tuyến :
13 |
|
 Số lượt truy cập :
33464002 |
|
|
|
|
|
Manh mối mới có thể giúp các nhà khoa học khai thác sức mạnh của quang hợp
Thứ sáu, 15-07-2016 | 07:26:35
|
|
Xác định một gen cần thiết để mở rộng thu nhận ánh sáng trong quang hợp thành quang phổ ánh sáng đỏ cung cấp manh mối cho sự phát triển của quang hợp tạo ra oxy, một sự tiến bộ tiến hóa làm thay đổi lịch sử của sự sống trên Trái đất. "Kiến thức về sự quang hợp đã tiến hóa ra sao có thể giúp các nhà khoa học có thể thiết kế những cách tốt hơn để sử dụng năng lượng ánh sáng vì lợi ích của nhân loại", Donald A. Bryant, giáo sư về công nghệ sinh học và giáo sư hóa sinh và sinh học phân tử tại Đại học Penn State, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết.  Hình ảnh minh họa mô hình Chl f synthase, có khả năng là một chất nhị trùng ChlF, dựa trên cấu trúc X-ray đã được biết của lõi trung tâm phản ứng hệ thống quang II. Hệ thống quang II là enzyme kích hoạt bằng ánh sáng, ôxy hóa nước để sản xuất oxy ở thực vật, tảo và vi khuẩn lam. Các phân tử màu xanh lá cây gần đáy cấu trúc được tưởng tượng là chất nền cho Chl một phân tử sẽ bị oxy hóa trong ánh sáng để sản xuất Chl f. Ảnh: phòng thí nghiệm Donald A. Bryant, Đại học Penn State Phát hiện này có thể cho phép các nhà khoa học thiết kế ra các cây trồng khai thác năng lượng mặt trời hiệu quả hơn. "Quang học thường được xếp khoảng thứ ba sau nguồn gốc của sự sống và sự phát minh của DNA trong danh sách những phát minh vĩ đại nhất của sự tiến hóa," Bryant cho biết. "Quang hợp là một phát minh mạnh mẽ đến nỗi nó đã làm thay đổi bầu khí quyển của Trái đất bằng cách sản xuất ra oxy, cho phép tạo ra các dạng sự sống đa dạng và phức tạp - tảo, thực vật và động vật." Các nhà nghiên cứu đã xác định được gen có thể chuyển đổi chất diệp lục a – sắc tố hấp thụ ánh sáng nhiều nhất ở thực vật và các sinh vật khác khai thác năng lượng thông qua quang hợp - thành chất diệp lục f - một loại chất diệp lục hấp thụ ánh sáng trong phạm vi quang phổ ánh sáng đỏ. Có một số loại chất diệp lục khác nhau, mỗi chất điều chỉnh để hấp thụ ánh sáng ở các bước sóng khác nhau. Hầu hết các sinh vật mà lấy năng lượng từ quang hợp sử dụng ánh sáng trong phạm vi có thể nhìn thấy, có bước sóng khoảng 400 đến 700 nanomet. Phòng thí nghiệm của Bryant trước đây đã chỉ ra rằng chất diệp lục f cho phép một số vi khuẩn lam - vi khuẩn sử dụng quang hợp và đôi khi được gọi là tảo lam – có thể phát triển hiệu quả trong ánh sáng ngay bên ngoài phạm vi thị giác của con người bình thường - ánh sáng đỏ (700 đến 800 nanomet). Khả năng có thể sử dụng các bước sóng ánh sáng không giống với các bước sóng được hấp thu bởi thực vật, tảo và vi khuẩn lam khác đã đem lại một lợi thế mạnh mẽ cho những sinh vật sản xuất ra chất diệp lục f, cụ thể là chúng có thể tồn tại và phát triển ngay cả khi không có ánh sáng nhìn thấy mà chúng thường sử dụng. "Ánh sáng xa màu đỏ và ánh sáng hồng ngoại gần có lượng năng lượng gần như bằng với ánh sáng có thể nhìn thấy," Bryant cho hay. "Do đó, khả năng mở rộng thu nhận ánh sáng ở thực vật trong phạm vi này sẽ cho phép thực vật sử dụng nguồn năng lượng từ mặt trời hiệu quả hơn và có thể tăng năng suất cây trồng." Gen mà các nhà nghiên cứu xác định mã hóa một enzyme có mối quan hệ xa với một trong những thành phần chính của bộ máy protein được sử dụng trong quang hợp tạo ra oxy. Các nhà nghiên cứu cho thấy rằng, việc chuyển đổi chất diệp lục a sang chất diệp lục f chỉ đòi hỏi một enzyme này trong một hệ thống đơn giản, mà có thể là một giai đoạn trung gian ban đầu trong quá trình tiến hóa của sự quang hợp. Hiểu được cơ chế mà enzyme này hoạt động có thể cung cấp manh mối cho phép các nhà khoa học thiết kế những cách tốt hơn để sử dụng năng lượng ánh sáng. "Có mối quan tâm đặc biệt trong việc tạo ra quang hợp nhân tạo để làm một nguồn năng lượng thay thế," Bryant cho biết. "Hiểu biết về quỹ đạo tiến hóa mà thiên nhiên từng sử dụng để tạo ra việc sản xuất oxy trong quang hợp là một thành phần sẽ giúp các nhà khoa học thiết kế một hệ thống hiệu suất và hiệu quả. Việc khó khăn là quang hợp là một quá trình vô cùng phức tạp với hàng trăm thành phần, và cho đến nay, chỉ mới có vài giai đoạn trung gian đã được biết trong quá trình tiến hóa quang hợp. Hệ thống đơn giản mà chúng tôi mô tả trong bài viết này cung cấp một mô hình có thể tiếp tục thao tác về mặt thí nghiệm để nghiên cứu những giai đoạn đầu đó trong sự tiến hóa của quang hợp." Bằng cách vô hiệu hóa gen mà mã hóa enzyme này ở 2 vi khuẩn lam mà bình thường sản xuất chất diệp lục f, các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng, cần phải có enzyme này để sản xuất ra chất diệp lục f. Thử nghiệm cho thấy, không có enzyme này, các vi khuẩn lam này không còn có thể tổng hợp chất diệp lục f. Bằng cách bổ sung gen mà mã hóa enzyme này, các nhà nghiên cứu cũng cho thấy rằng enzyme này là tất cả những gì cần thiết để chuyển đổi vi khuẩn lam mà bình thường không sản xuất ra chất diệp lục f thành những vi khuẩn làm có thể sản xuất ra nó. Một đầu mối khác cho thấy enzyme mới được xác định này có thể đại diện cho giai đoạn đầu trong quá trình tiến hóa của quang hợp chính là enzyme này cần ánh sáng để xúc tác cho phản ứng của nó và có thể không cần oxy, như các nhà khoa học đã dự đoán trước đây. "Bởi vì enzyme tổng hợp chất diệp lục f đòi hỏi ánh sáng nhưng có thể không cần cung cấp oxy cho hoạt động của nó, nên có khả năng là nó đã tiến hóa trước hệ thống quang II – là một phức hợp quang hợp tạo ra oxy và là hệ thống mà enzyme này có liên quan. Nếu enzyme này là một tiền thân tiến hóa của hệ thống quang II, thì sự tiến hóa đã mượn một enzyme mà ban đầu được sử dụng để tổng hợp chất diệp lục và sử dụng nó để phát triển một loại enzyme có thể tạo ra oxy, mà cuối cùng dẫn đến những thay đổi trong bầu khí quyển của Trái đất," Bryant giải thích. Thanh Vân - Dostdongnai, Theo ScieneDaily
|
Trở lại
In
Số lần xem: 1552
|
|
[ Tin tức liên quan ]___________________________________________________
|
