Gezegenin en önemli kimyasal tepkimesi olan fotosentezi anlama çabaları

Fotosentez, hayatın temel itici gücü gibidir. Suyun ışık etkisiyle parçalanarak organik bileşiklerin sentezlenmesi, gezegendeki kimyasal tepkimeler arasında muhtemelen en önemlisidir. Fotosentezin insan ihtiyaçlarını karşılamak için kullanılması bir tarafa, işlemin en önemli ayrıntılarından biri olan etkinlik hâlâ tam olarak bilinmemektedir. Rensselaer Politeknik Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, fotosistem II olarak bilinen, bir grup elektron dolaştırıcı protein (insanoğlunun bildiği en karmaşık biyolojik aletlerden biridir) içinde hangi moleküler olayların cereyan ettiğini anlamak için büyük bir araştırma desteği kazanmış durumda.

Fotovoltaik biliminde (ışıktan elektrik elde edilmesi), etkinlik herkesin üzerinde anlaşabileceği kesin bir tanıma sahiptir. Açıkça yazmak gerekirse, üzerine yansıyan güneş radyasyonunun gücüyle çalışan bir güneş pilinden alınabilecek elektrik gücü olarak tanımlamak mümkündür. Güneş ışığı elektronları salar ve arkalarından gelen “baskı” ile toplam sayılarının çarpımı kadar büyük bir oranda güç üretebilir. Güneş enerjisi panelinizden %20 etkinlik elde ediyorsanız, oldukça iyi bir iş yaptığınızı söylememiz gerekir. Fotovoltaik konusunu fotosentezle karşılaştırmanın bazı sakıncaları vardır, birincide elektriksel güç elde edilirken, ikincide kimyasal ürünler oluşur. Fotovoltaik gücü fotosentezle karşılaştırılabilecek birşeye çevirmek için araştırmacılar bir adım daha ekler ve elektrik gücünü suyu parçalamak ve hidrojen üretmek için kullanır, bu işlem etkinliği en azından %50 azaltır.

Fotosistem II’nin gösterimi

Fotosistem için genellikle %95 civarında bir “fotoakım dönüşüm etkinliği” bildirilir, ancak bunun genel fotosentez etkinliği ile çok az ilgisi bulunur. Pek çok bitki ve bakteri için, gelen fotonların yarısından daha azı fotosentez yapan “cihazın” işine yarayacak doğru dalgaboyuna sahiptir. Diğer etkinlik bozucu unsurlar arasında teçhizat giderleri ve hiçbir zaman tepkime merkezine ulaşamayacak olan kayıp fotonlar da düşünülebilir, bunlarla beraber gerçek etkinlik %5’e yakındır. Ancak bu %5 neye aittir?

Rensselaer’deki araşırmacıların önündeki zorluk, fotosentez sırasında suyun parçalanmasında ortaya çıkan ara kademelerin hepsini anlamaktan geçiyor. Bunun için femtosaniye (10-15 saniye) ile çalışan ışık kaynakları yardımıyla yüksek hızlı spektrografik görüntüleme ve peta ölçekli (1015 ile çarpılır) bilgisayar benzetimleri kullanılıyor. Bir su molekülünün parçalanması için dört foton gerektiğini belirten uzmanlar, sudan açığa çıkan hidrojenin bitkilerde saklanmadığını veya yakılmadığını söylüyor. Bu hidrojen ATP’yi oluşturacak bir tepkime dizisine enerji sağlıyor. ATP ise fotosentezin gerçek ürünleri olan şekerleri meydana getiriyor. Farklı enzimlerle dört bir koldan yürütülen faaliyette yalnızca hidrojenleri ve şekerleri sayarak %5 etkinliğe ulaşmak çok zor görünüyor.

Bitkilerle yaşanan sorun, orta düzeyde güneş radyasyonuyla oldukça iyi çalışmakla beraber, ışık seviyesi arttığında çıktının çabucak doygunluğa ulaşmasıdır. Fotovoltaikler ise ışık şiddetinden çok etkilenmeyerek az ya da çok çıktı üretebilir. Son derece yüksek düzeyde güneş ışığı ile tam olarak çalışıyor olsalardı, bitkiler oldukça kısa sürede ömrünü tamamlardı. Bitkiler elektrik gücü veya hidrojen üretmek için tasarlanmış yapılar değildir, ancak biyokütle olarak bildiğimiz ve çok anlamadığımız karmaşık bir ürün yelpazesi sunar.

Fotosentezi bir makine türünde yeniden oluşturmak yakın zamanda mümkün olabilir, ancak böyle bir makinenin ne kadar faydalı olacağını zaman gösterecek. Hidrojenin üretilmesi faydalı uygulamalardan biri olacak, ancak bunu etkili olarak kullanma yöntemlerinin geliştirilmesi gerekiyor. Fotovoltaiklerle karşılaştırıldığında pek çok alanda araştırma yapılması gerekli, fotosistem II’nin temel işleyişinin daha iyi anlaşılması en gerekli olan kısım gibi görünüyor.

 

Araştırma makalesi: DOI: http://dx.doi.org/10.1039/C2EE21210B, başlık: “The structure and activation of substrate water molecules in the S2 state of photosystem II studied by hyperfine sublevel correlation spectroscopy”

Haber kaynağı: extremetech.com

+ Yorum bulunmuyor

Yorum yap