Исследователи из университета Северной Каролины впервые успешно синтезировали молекулу бактериохлорофилла а. Искусственное воссоздание этого сложного фотосинтетического пигмента, который бактерии используют для поглощения инфракрасного света, даст ученым глубокое понимание процессов бескислородного фотосинтеза. Результаты исследования опубликованы в журнале Chemical Science.
В природе существуют два параллельных «мира» фотосинтеза: привычный нам мир зеленых растений, выделяющих кислород, и более древний микробный мир, где фотосинтез протекает без участия кислорода. Микроорганизмы из второго мира используют для сбора энергии совершенно другие молекулы, однако до сегодняшнего дня химикам ни разу не удавалось воспроизвести их светопоглощающие пигменты с нуля в лабораторных условиях.
Главной проблемой для специалистов всегда была невероятно сложная геометрия бактериохлорофилла а. Молекула представляет собой крупный дискообразный макроцикл, состоящий из пяти связанных колец атомов. Особую трудность представляло пятое, наружное кольцо (кольцо Е). Долгие годы все попытки химиков сводились к сборке четырех внутренних колец, после чего они безуспешно пытались «прикрутить» последнее кольцо снаружи.
Вместо того чтобы следовать традиционным и неэффективным методам, научная команда университета выбрала кардинально иной подход. Ученые отдельно синтезировали две полноценные половины макроцикла. В качестве связующего звена они использовали крошечные химические компоненты, которые в будущем и должны были сформировать то самое неприступное пятое кольцо, выступающее своеобразным мостом между частями.
Когда две половины были прикреплены к центральному атому, запускалась сложная каскадная реакция. На этом финальном этапе молекула элегантно самособиралась, автоматически образуя правильную пятикольцевую структуру пигмента. Этот ювелирный химический алгоритм позволил преодолеть барьер, который десятилетиями считался неприступной преградой в изучении и моделировании микробных фотосинтетических процессов.
Успешный синтез этой макромолекулы открывает перед фундаментальной наукой совершенно новые горизонты. Теперь ученые смогут не только модифицировать геномы микроорганизмов, но и создавать специфические синтетические производные пигментов для физических экспериментов. Этот новаторский метод самосборки станет мощным инструментом для проектирования систем искусственного фотосинтеза и зеленой энергетики будущего.
Ранее Наука Mail рассказывала, что ученые расшифровали половой феромон насекомого величиной с песчинку.
