Разгадана тайна важнейшего соединения, участвующего в фотосинтезе

Источник: phys.org

Исследователи из Института Макса Планка (Германия) раскрыли давнюю загадку процесса фотосинтеза. Они выяснили структуру комплекса, выделяющего кислород (oxygen evolving complex, OEC). Это соединение является важнейшим катализатором реакции окисления воды под действием солнечного света. Затем полученный водород соединяется с углеродом, и образует органические вещества, основу питания всех форм жизни на Земле. В одном из наиболее изученных состояний фермент OEC демонстрирует два типа спектральных сигналов. Эти сигналы могут быть преобразованы один в другой различными методами, но ни один из этих путей не объясняет, каким образом меняется структура вещества. Кроме того, спектральные сигналы настолько сложные, что вывести на их основе подробную молекулярную формулу чрезвычайно трудно. Команда доктора Димитриоса Пантазиса смогла решить эту головоломку, используя технологии квантовой химии.

Ученые определили, что два сигнала испускаются двумя вариантами структуры OEC, чрезвычайно похожими с энергетической точки зрения. Основной фермент представляет собой соединение атомов марганца, кальция и кислорода (Mn₄CaO₅). Молекула имеет структуру куба с небольшим ответвлением от одной вершины. Расчеты показали, что разница между двумя вариантами OEC заключается только в положении одной связи между центральным атомом кислорода и одним из двух атомов марганца (см. рисунок). Такое небольшое изменение имеет огромное влияние на электронную структуру, что и вызывает модуляцию спектрального сигнала. При этом превращение одного варианта молекулы в другой происходит при низком энергетическом барьере. В настоящее время команда доктора Пантазиса выясняет, приводит ли изменение связи к дальнейшему освобождению одного из атомов кислорода и образованию молекулярного кислорода. Новые результаты прольют свет на кинетику реакции окисления воды, позволяя понять ее механизмы на атомном уровне.