WASHINGTON: Ispanak gibi karada yaşayan bitkiler, fotosentez yapmak için güneş ışığını kullanarak büyürler. Peki algler, kendilerine çok az ışığın ulaştığı derin denizlerde nasıl fotosentez yaparlar?
Kara bitkileri öncelikle güneşten gelen kırmızı ve mavi ışığı emer ve bunu fotosentez için kullanır. Ancak okyanus tabanına yalnızca zayıf mavi-yeşil ışık ulaşır. Bu nedenle, okyanusta büyüyen makroalgler, bu mavi-yeşil ışığı verimli bir şekilde kullanan, fotosentetik anten adı verilen bir protein geliştirmiştir. Deniz makroalglerinin fotosentetik anteni, kara bitkilerininkine çok benzer, ancak ona bağlı pigmentlerin yapısında farklılık gösterir. Kara bitkilerinin fotosentetik antenlerine bağlı iki tip pigmenti vardır, yani karotenoidler ve klorofiller. Deniz yeşili makroalg Codium kırılganlığında, ana karotenoidler sifonaksantin ile değiştirilirken, bazı klorofil-a molekülleri klorofil-b molekülleri ile değiştirilmiştir. Sifonaksantin ve klorofil b’nin sırasıyla yeşil ışığın ve mavi-yeşil ışığın artan emilimine katkıda bulunduğu bilinmektedir, ancak mekanizma henüz tam olarak anlaşılamamıştır.
Bu boşluğa yanıt olarak, Doçent liderliğindeki bir araştırma ekibi Ritsuko Fujiiarasında Yapay Fotosentez Araştırma Merkezi (ReCAP) açık Osaka Büyükşehir Üniversitesive mezun Soiçiro SekiOsaka Şehir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü’nden kriyojenik elektron mikroskobu kullanarak C. frajil’in fotosentetik antenine bağlı pigmentlerin yapılarını ve bağlanma ortamlarını araştırdı. Sonuçlar, derin deniz suyunda bulunan tek ışık olan mavi-yeşil ışığın fotosentez için verimli bir şekilde kullanıldığı moleküler mekanizmanın aydınlatılmasını sağlar. Bulguları 11 Kasım 2022’de BBA Advances’te yayınlandı.
Kriyojenik elektron mikroskobu ile yapılan yüksek çözünürlüklü analiz, C. frajil içindeki sifonaksantinin oldukça deforme olduğunu ve çevreleyen proteinle iki yerde hidrojen bağları oluşturduğunu gösterdi. Bu yapısal özellik, sifonaksantinin yeşil ışığı emme kabiliyetinde önemli bir faktör olarak kabul edilir. Ek olarak, araştırmacılar klorofil a ve klorofil b arasındaki farkı başarıyla tespit ettiler ve klorofil molekülleri için birkaç ikame bölgesini aydınlattılar. İkame meydana geldiğinde, klorofil b kümelerinin bitişik bölgesi genişleyerek mavi-yeşil ışığın daha iyi emilmesini sağlar. Başka bir deyişle ekip, daha verimli fotosentez mekanizmasının daha iyi anlaşılmasına katkıda bulunan pigment koordinatları hakkında bilgi edinebildi.
Profesör Fujii, “Basitçe pigment yapısını değiştirerek fotosentez kullanımını artırmanın uygun maliyetli bir strateji olacağını düşünüyorum” diye açıklıyor. “Organizmalara bu tür hayatta kalma stratejilerini öğretmek, güneş ışığının daha iyi kullanılmasına ve insanlar için yenilenebilir enerji kaynaklarının geliştirilmesine yol açacaktır.”
Kara bitkileri öncelikle güneşten gelen kırmızı ve mavi ışığı emer ve bunu fotosentez için kullanır. Ancak okyanus tabanına yalnızca zayıf mavi-yeşil ışık ulaşır. Bu nedenle, okyanusta büyüyen makroalgler, bu mavi-yeşil ışığı verimli bir şekilde kullanan, fotosentetik anten adı verilen bir protein geliştirmiştir. Deniz makroalglerinin fotosentetik anteni, kara bitkilerininkine çok benzer, ancak ona bağlı pigmentlerin yapısında farklılık gösterir. Kara bitkilerinin fotosentetik antenlerine bağlı iki tip pigmenti vardır, yani karotenoidler ve klorofiller. Deniz yeşili makroalg Codium kırılganlığında, ana karotenoidler sifonaksantin ile değiştirilirken, bazı klorofil-a molekülleri klorofil-b molekülleri ile değiştirilmiştir. Sifonaksantin ve klorofil b’nin sırasıyla yeşil ışığın ve mavi-yeşil ışığın artan emilimine katkıda bulunduğu bilinmektedir, ancak mekanizma henüz tam olarak anlaşılamamıştır.
Bu boşluğa yanıt olarak, Doçent liderliğindeki bir araştırma ekibi Ritsuko Fujiiarasında Yapay Fotosentez Araştırma Merkezi (ReCAP) açık Osaka Büyükşehir Üniversitesive mezun Soiçiro SekiOsaka Şehir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü’nden kriyojenik elektron mikroskobu kullanarak C. frajil’in fotosentetik antenine bağlı pigmentlerin yapılarını ve bağlanma ortamlarını araştırdı. Sonuçlar, derin deniz suyunda bulunan tek ışık olan mavi-yeşil ışığın fotosentez için verimli bir şekilde kullanıldığı moleküler mekanizmanın aydınlatılmasını sağlar. Bulguları 11 Kasım 2022’de BBA Advances’te yayınlandı.
Kriyojenik elektron mikroskobu ile yapılan yüksek çözünürlüklü analiz, C. frajil içindeki sifonaksantinin oldukça deforme olduğunu ve çevreleyen proteinle iki yerde hidrojen bağları oluşturduğunu gösterdi. Bu yapısal özellik, sifonaksantinin yeşil ışığı emme kabiliyetinde önemli bir faktör olarak kabul edilir. Ek olarak, araştırmacılar klorofil a ve klorofil b arasındaki farkı başarıyla tespit ettiler ve klorofil molekülleri için birkaç ikame bölgesini aydınlattılar. İkame meydana geldiğinde, klorofil b kümelerinin bitişik bölgesi genişleyerek mavi-yeşil ışığın daha iyi emilmesini sağlar. Başka bir deyişle ekip, daha verimli fotosentez mekanizmasının daha iyi anlaşılmasına katkıda bulunan pigment koordinatları hakkında bilgi edinebildi.
Profesör Fujii, “Basitçe pigment yapısını değiştirerek fotosentez kullanımını artırmanın uygun maliyetli bir strateji olacağını düşünüyorum” diye açıklıyor. “Organizmalara bu tür hayatta kalma stratejilerini öğretmek, güneş ışığının daha iyi kullanılmasına ve insanlar için yenilenebilir enerji kaynaklarının geliştirilmesine yol açacaktır.”