http://www.physorg.com/news185810252.html
By Kevin Redding, February 19, 2010
(PhysOrg.com) -- 一個國際科學家團隊，其中二位來自 Arizona 州立大學，採取了一種重要步驟更接近解開光合作用的祕密，也許還包括更清潔的燃料。
植物與藻類還有藍綠藻（cyanobacteria），利用光合作用產生氧與「燃料」，後者為可氧化物質，例如醣與氫。有二種色素蛋白質複合體協調（orchestrate）光線在產氧光合作用（oxygenic photosynthesis）中的初級反應（primary reactions）：光系統 I（photosystem I，PSI）以及光系統 II（photosystem II，PSII）。理解這些光系統如何施展它們的魔法是生物化學尋求已久的目標之一。
ASU 的科學家與共同研究者，來自德國 Max Planck Institute 的 Mulheim a.d. Ruhr 合作，正在研究 PSI 反應中心。
他們已經完成一項重要的觀察，那總結在一篇論文的標題中，該論文本週發表於 PNAS 線上早期版。這篇論文的標題是：《Independent initiation of primary electron transfer in the two branches of the photosystem I reaction center（光系統 I 反應中心的二分枝中，初級電子轉移的獨立初始）》。
Kevin Redding， Liberal 藝術與科學學院的化學暨生物化學系副教授，在 ASU 領導此一研究。他的實驗室創造出某種單胞綠藻（Chlamydomonas reinhardtii，或簡稱 Chlamy）的變種。利用這些變種，Redding 等人證明，在 PSI 反應中心裡的「初級光觸發電子轉移」事件可獨立地在其每一個平行分枝中被初始化。同時，他們也證明，PSI 擁有二個電荷分離裝置，能有效地平行運作以增加電子轉移的整體效率。
"雖然我們明白這些分枝均用於 PSI 中，而且我們的突變種有種「根據每條路徑之相對使用」的效應（effect），但我們不明白的是，這些變種如何擁有它們的效應，" Redding 解釋。"搞清楚這件事將導致電荷分離 -- 此時電磁能被轉換成化學能 -- 實際上如何發生的發現。"
位在 Max Planck Institute（MPI）的團隊由 Alfred Holzwarth 所領導。他的同事，Marc Muller 以及 Chavdar Slavov，使用雷射 -- 那發出僅持續 60 飛秒（millionths of one billionth of a second，1x10^-15）的光脈衝 -- 來研究 PSI 二分枝當中的電子轉移過程。這讓他們能夠看見光合作用機制中極早期的事件，那些事件僅在數皮秒（picoseconds，a millionth of a millionth of a second）內發生，這個時間如此短暫，以致於典型的晶格原子只能在它的晶格位置進行幾十次振盪。
這項極端精密的實驗與分析需要 Rajiv Luthra，他是 Redding 實驗室的畢業生，二年來在實驗室中的付出，以製備充分純淨的樣本供使用。為了詮釋這些觀察，在 MPI 的研究者得要開發一種特殊的運動塑模方法，讓他們能評估在二分枝中個別的電子轉移率。將變種的每一個分枝與非變種 PSI 相比，對於解開這些比率而言至關緊要。
對於二種不同的理由而言，當前這項研究很重要。首先，理解這些複雜的過程如何在大自然中運作，對於未來在光合作用反應中心裡的基礎研究至關緊要，而且這項發現也許能全然地普適。其次，「二電荷分離裝置配合運作以便將效率最大化」的運用方式，是一種設計主題，那也許能應用到未來成果中以便創造出人造光合作用裝置。
我們的社會迫切需要可再生的燃料來源，那在地理上廣為分佈、豐富、廉價且對環保乾淨。運用太陽能產生潔淨燃料，例如氫，是實質上唯一能夠滿足「規模大到足以符合世界能源需求」這些標準（criteria）的製程。Redding 也是 DOE 所資助之 Energy Frontier Research Center（由 ASU 化學與生物化學教授 Devens Gust 所領導）的成員之一。其目標是藉由模仿自然的光合作用過程，製造出一種乾淨、可再生的燃料。
※ 相關報導：
＊ Independent initiation of primary electron transfer in the two branches of the photosystem I reaction center
http://www.pnas.org/content/early/2010/02/03/0905407107.abstract
Marc G. Muller, Chavdar Slavov, Rajiv Luthr, Kevin E. Redding,＊ 科學家確認在藻類中濃縮 CO2 的蛋白質
and Alfred R. Holzwarth
PNAS Published online before print February 8, 2010,
doi: 10.1073/pnas.0905407107
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