Förbättrad förståelse för fotosyntesen

Forskare vid bland annat KTH har analyserat fotosyntesen på en mycket grundläggande nivå. Forskningsresultatet, som tagits emot mycket positivt av den akademiska världen, banar väg för ny teknik för att utvinna solenergi.

Det biologiska system som går under namnet Fotosystem II och som återfinns i växter, alger och i vissa bakterier, utgör det enda kända enzymet i levande organismer som kan fånga ljus och spjälka vattenmolekyler till väte och syre, det vill säga utföra fotosyntes.

Det delen som kallas syregenererande komplexet (Oxygen Evolving Complex - OEC) med en kalciumatom omgiven av 4 stycken manganatomer utgör en katalyserande kärna i detta fotosystem, och bidrar med de elektroner som ger den nödvändiga kemiska reduktion av det fotooxiderande klorofyllet.

Medan strukturen av OEC-klustret i stora drag tidigare har kunnat fastställas med röntgendiffraktion har det varit många olika bud om
hur detta kluster egentligen fungerar.

Med synkrotronljusteknik har forskare nu kunnat erhålla ett röntgenspektra "nära kanten" (förkortat NEXAFS - Near Edge X-ray Absorption Fine Structure) av OEC-klustret. Med hjälp av sådant högupplöst NEXAFS-spektra har Hans Ågren på KTH tillsammans med Barbara Brena vid Uppsala universitet och Per Siegbahn på Stockholms universitet inte bara kunnat finjustera den kemiska strukturen i OEC-klustret utan också kunnat härleda hur oxidationen verkligen sker i detta kluster. Bland annat har de kunnat se i vilka steg och vilka manganatomer som är inblandade i de olika stegen.

– Därmed har en viktig pusselbit i ett annars mycket komplext system fått sin lösning. Detta kan bidra till att ge en mer generell förståelse av fotosyntesen och därmed hur man ska kunna efterlikna detta extremt miljövänliga och förnyelsebara energisystem på konstgjord väg, säger Hans Ågren, professor i teoretisk kemi vid KTH.

Projektet har kunnat utföras mycket tack vare den serie av strukturoptimeringar som tidigare utförts och analyserats av Per Siegbahn (Stockholms universitet) och tack vare den röntgenspektroskopiska mjukvara som utvecklats i Stockholm av Hans Ågren vid KTH och Lars Pettersson, Stockholms universitet. Optimeringar och mjukvara som numera används på många håll världen över för att tolka röntgenspektra, till exempel vid Max IV-laboratoriet i Lund.

Forskningsarbetet har erhållit en så kallad "Spotlight" i kommande nummer av prestigefulla Journal of American Chemical Society.

För mer information, kontakta Hans Ågren på 08 - 55 37 84 16 eller agren@theochem.kth.se.

Peter Larsson