知识源于沉淀 光合作用是维持地球生命的重要过程，但许多细节仍是个谜。近日，来自斯坦福直线加速器中心(SLAC)和Lawrence Berkeley实验室的研究人员，与瑞典、德国和英国的合作者一起，首次在原子分辨率下观测到了光合作用最后一步的神秘过程。他们发现，植物、藻类和蓝藻之间的蛋白质复合物光系统II在吸收阳光后会发生变化，导致多余的氧原子释放出来。科学家认为，这些发现将有助于为优化清洁能源提供路线图。这项研究发表在5月3日的《自然》杂志上。
光系统II是生物体中唯一已知的产氧机制。位于叶绿体中，是由20多种蛋白质组成的复杂结构。它的核心是一个催化中心，有四个锰原子和一个钙原子，可以通过太阳光将水分解成氧气和电子。这个过程对人类和其他动物的呼吸非常重要，也是人工光合作用技术的灵感来源。
“这项研究将真正改变我们对光系统II的理解.”论文合著者、威斯康星大学麦迪逊分校的科学家兼教授乌韦·博格曼说。
使用SLAC的X射线自由电子激光(XFEL)设备，研究人员拍摄了该过程不同阶段的“极高分辨率图像”，这让他们更清楚地了解氧气是如何产生的以及在哪里产生的。他们用一个简单(但有点牵强)的类比来说明这个过程。”当暴露在阳光下，该中心将经历四个稳定的氧化态，称为S0到S3 . “SLAC解释道。“在棒球场上，S0是一个在比赛一开始就准备在本垒板击球的球员。S1-S3分别是一垒、二垒和三垒的球员。”根据这个比喻，击球手触球，推跑者，意味着化合物吸收了一个光子的太阳光。当第四个球被击中时，球员滑向本垒得分，或者在光系统2的情况下，释放一种可呼吸的氧分子他们第一次拍摄了这一最后阶段(S4，在我们的比喻中是从三垒滑向本垒板)，其中两个氧原子结合释放出一个氧分子，揭示了之前看不见的额外一步。
“生产可呼吸氧气的大部分过程都发生在这最后一步.”论文合著者、伯克利实验室科学家维塔尔·亚钱德拉(Vittal Yachandra)说。“然而，光系统II的不同部分发生了一些事情，它们最终都必须聚集在一起才能使反应成功。就像在棒球比赛中，球的位置、后卫和外野手的位置等因素会影响球员到达本垒板的动作，催化中心周围的蛋白质环境也会影响。”
研究人员预计今年晚些时候的X射线升级将进一步揭示这一过程。升级后，将使用每秒高达100万个脉冲的重复率，而本次实验使用的是每秒120个脉冲。
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