St. Louis, Gatra.com -- Tumbuhan telah memanfaatkan energi matahari selama ratusan juta tahun. Ganggang dan bakteri fotosintetik telah melakukan hal yang sama lebih lama, semua dengan efisiensi dan ketahanan yang luar biasa.

Maka, tidak mengherankan jika para ilmuwan telah lama berusaha memahami dengan tepat bagaimana mereka melakukan ini, berharap dapat menggunakan pengetahuan ini untuk meningkatkan perangkat buatan manusia seperti panel surya dan sensor. Demikian Sciencedaily.com, 5/2.

Ilmuwan dari Laboratorium Nasional Argonne Departemen Energi AS (DOE), bekerja sama dengan kolaborator di Universitas Washington di St. Louis, baru-baru ini memecahkan bagian kritis dari misteri kuno ini. Mempelajari peristiwa ultra singkat bagaimana protein fotosintesis menangkap cahaya dan menggunakannya untuk memulai serangkaian reaksi transfer elektron.

"Untuk memahami bagaimana biologi mendorong semua aktivitas, Anda harus memahami transfer elektron," kata ahli biofisika Argonne Philip Laible. "Pergerakan elektron sangat penting: begitulah cara kerja dilakukan di dalam sel."

Dalam organisme fotosintetik, proses ini dimulai dengan penyerapan foton cahaya oleh pigmen yang terlokalisasi dalam protein. Setiap foton mendorong elektron melintasi membran yang terletak di dalam kompartemen khusus di dalam sel. "Pemisahan muatan melintasi membran - dan stabilisasi - sangat penting karena menghasilkan energi yang mendorong pertumbuhan sel," kata ahli biokimia Argonne Deborah Hanson.

Tim peneliti Argonne dan Universitas Washington telah memperoleh wawasan berharga tentang langkah-langkah awal dalam proses ini: perjalanan elektron. Hampir 35 tahun yang lalu, ketika struktur pertama dari jenis kompleks ini diungkapkan, para ilmuwan terkejut menemukan bahwa setelah penyerapan cahaya, proses transfer elektron menghadapi dilema: ada dua jalur yang memungkinkan bagi elektron untuk melakukan perjalanan.

Di alam, tanaman, ganggang dan bakteri fotosintesis hanya menggunakan salah satunya - dan para ilmuwan tidak tahu mengapa. Apa yang mereka tahu adalah bahwa daya dorong elektron melintasi membran - yang secara efektif memanen energi foton - memerlukan beberapa langkah.

Ilmuwan Argonne dan Universitas Washington telah berhasil mengganggu masing-masing dari mereka untuk mengubah lintasan elektron. "Kami telah berada di jalur ini selama lebih dari tiga dekade, dan ini merupakan pencapaian besar yang membuka banyak peluang," kata Dewey Holten, seorang ahli kimia di Universitas Washington.

Artikel para ilmuwan baru-baru ini, "Berpindah sisi - Rekayasa ulang pemisahan muatan primer di pusat reaksi fotosintesis bakteri," yang diterbitkan dalam Prosiding National Academy of Sciences, menunjukkan bagaimana mereka menemukan versi rekayasa dari protein kompleks ini yang mengubah pemanfaatan jalur, mengaktifkan yang tidak aktif dan menonaktifkan yang lain.

"Sungguh luar biasa bahwa kami telah berhasil mengubah arah transfer elektron awal," kata Christine Kirmaier, ahli kimia dan pemimpin proyek Universitas Washington. "Di alam, elektron memilih satu jalur 100 persen dari waktu. Tetapi melalui upaya kami, kami telah mampu membuat elektron beralih ke jalur alternatif 90 persen dari waktu. Penemuan ini menimbulkan pertanyaan menarik untuk penelitian di masa depan."

Sebagai hasil dari upaya mereka, para ilmuwan sekarang lebih dekat dari sebelumnya untuk dapat merancang sistem transfer elektron di mana mereka dapat mengirim elektron ke jalur yang mereka pilih.

"Ini penting karena kami mendapatkan kemampuan untuk memanfaatkan aliran energi untuk memahami prinsip-prinsip desain yang akan mengarah pada aplikasi baru sistem abiotik," kata Laible. "Ini akan memungkinkan kami untuk sangat meningkatkan efisiensi banyak perangkat bertenaga surya, berpotensi membuatnya jauh lebih kecil. Kami memiliki peluang luar biasa di sini untuk membuka disiplin ilmu baru sepenuhnya dari reaksi biokimia yang digerakkan oleh cahaya, yang belum dibayangkan oleh alam. Jika kita bisa melakukan itu, itu besar sekali (dampaknya). "