Хіміки з Каліфорнійського Технологічного Інституту та Національної Лабораторії Лоуренса Берклі впевнені, що розкрили одну з непізнаних таємниць фотосинтезу, біохімічного процесу, за допомогою якого рослини перетворюють вуглекислий газ і воду в вуглеводи і кисень.
Результати дослідження дозволяють говорити про перспективу розробки нового типу каталізатора, що розщеплює воду на водень і кисень в процесі штучного фотосинтезу.
Керівник групи дослідників, які отримали нові результати, Теодор Агапіт (Theodor Agapie) відзначає, що якщо у когось є бажання створити системи штучного фотосинтезу, важливо зрозуміти, як функціонує природна фотосинтетична система.
Одним з ключових елементів бімолекулярний системи, завдяки якій протікає процес фотосинтезу, є конгломерація білків і пігментів, відома як фотосистема II. Ядром фотосистеми II є кисень-який виділяє комплекс - низькомолекулярний кластер, на якому відбувається розщеплення води і виділення кисню. Незважаючи на те, що процес виділення кисню завжди був предметом інтенсивного вивчення, роль деяких елементів кластера в цьому процесі до теперішнього часу залишалася неясною.
Кисень-який виділяє комплекс сприяє окислювально-відновної реакції, що протікає з перенесенням електронів. Ядром цього комплексу є змішаний металевий кластер - в його склад входить два металу, один з яких проявляє оксілітельно-відновні властивості (марганець), а інший, характеризуючись в з'єднаннях постійної ступенем окислення, не може брати участь в окисно-відновному процесі (кальцій). Агапі зазначає, що інертність кальцію до окислювально-відновним процесам змушувала вчених думати про те, яку роль цей метал грає в фотосинтетичної системі.
Знайти відповідь на цю загадку було непростою справою головним чином через те, що кисень-який виділяє комплекс являє собою лише елемент в більш складній молекулярної машині фотосистеми II - досить складно вивчати маленький шматок більш складної системи, не зрозумівши того, як вона працює в цілому . Щоб обійти ці складності дослідники з групи Агапіт отримали серію з'єднань, близьких за будовою до кисень-виділяє комплексам. В отриманих металоорганічних комплексах містилося три атома марганцю і атом ще одного металу - отримавши модельні сполуки, в яких в якості четвертого, окислювально-відновно інертного металу були кальцій, стронцій, натрій, ітрій і цинк, дослідники вивчали їх хімічні властивості.
Виявилося, що метали, не виявляють окисно-відновної активності, впливають на те, як в подібних системах переносяться потоки електронів. Для отримання молекулярного кисню атоми марганцю повинні активувати входять до складу комплексу атоми кисню, для чого на першому етапі цього процесу з центрів марганцю має піти кілька електронів, а метали, що не проявляють окисно-відновної активності, більш міцно пов'язані з киснем, ніж марганець, ускладнюють протікання цього процесу для марганцю. Однак на відміну від всіх металів, кластери з якими були отримані, кальцій не відтягує електрони в значній мірі і дозволяє марганцю окисляти кисень води з утворенням молекули дікіслорода.