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Les chimistes du MIT découvrent pourquoi la récolte de lumière photosynthétique est si efficace

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Les chimistes du MIT découvrent pourquoi la récolte de lumière photosynthétique est si efficace

Pour la première fois, les chimistes du MIT ont mesuré le transfert d’énergie entre les protéines photosynthétiques qui collectent la lumière, leur permettant de découvrir que l’arrangement désordonné des protéines récoltant la lumière améliore l’efficacité du transfert d’énergie. Crédit : Avec l’aimable autorisation des chercheurs

L’arrangement désordonné des protéines dans les complexes collecteurs de lumière est la clé de leur efficacité maximale.

When photosynthetic cells absorb light from the sun, packets of energy called photons leap between a series of light-harvesting proteins until they reach the photosynthetic reaction center. There, cells convert the energy into electrons, which eventually power the production of sugar molecules.

This transfer of energy through the light-harvesting complex occurs with extremely high efficiency: Nearly every photon of light absorbed generates an electron, a phenomenon known as near-unity quantum efficiency.

A new study from MIT chemists offers a potential explanation for how proteins of the light-harvesting complex, also called the antenna, achieve that high efficiency. For the first time, the researchers were able to measure the energy transfer between light-harvesting proteins, allowing them to discover that the disorganized arrangement of these proteins boosts the efficiency of the energy transduction.

“In order for that antenna to work, you need long-distance energy transduction. Our key finding is that the disordered organization of the light-harvesting proteins enhances the efficiency of that long-distance energy transduction,” says Gabriela Schlau-Cohen, an associate professor of chemistry at MIT and the senior author of the new study.

MIT postdocs Dihao Wang and Dvir Harris and former MIT graduate student Olivia Fiebig PhD ’22 are the lead authors of the paper, which appears this week in the Proceedings of the National Academy of Sciences. Jianshu Cao, an MIT professor of chemistry, is also an author of the paper.

Energy capture

For this study, the MIT team focused on purple bacteria, which are often found in oxygen-poor aquatic environments and are commonly used as a model for studies of photosynthetic light-harvesting.

Within these cells, captured photons travel through light-harvesting complexes consisting of proteins and light-absorbing pigments such as chlorophyll. Using ultrafast spectroscopy, a technique that uses extremely short laser pulses to study events that happen on timescales of femtoseconds to nanoseconds, scientists have been able to study how energy moves within a single one of these proteins. However, studying how energy travels between these proteins has proven much more challenging because it requires positioning multiple proteins in a controlled way.

To create an experimental setup where they could measure how energy travels between two proteins, the MIT team designed synthetic nanoscale membranes with a composition similar to those of naturally occurring cell membranes. By controlling the size of these membranes, known as nanodiscs, they were able to control the distance between two proteins embedded within the discs.

For this study, the researchers embedded two versions of the primary light-harvesting protein found in purple bacteria, known as LH2 and LH3, into their nanodiscs. LH2 is the protein that is present during normal light conditions, and LH3 is a variant that is usually expressed only during low light conditions.

Using the cryo-electron microscope at the MIT.nano facility, the researchers could image their membrane-embedded proteins and show that they were positioned at distances similar to those seen in the native membrane. They were also able to measure the distances between the light-harvesting proteins, which were on the scale of 2.5 to 3 nanometers.

Disordered is better

Because LH2 and LH3 absorb slightly different wavelengths of light, it is possible to use ultrafast spectroscopy to observe the energy transfer between them. For proteins spaced closely together, the researchers found that it takes about 6 picoseconds for a photon of energy to travel between them. For proteins farther apart, the transfer takes up to 15 picoseconds.

Faster travel translates to more efficient energy transfer, because the longer the journey takes, the more energy is lost during the transfer.

“When a photon gets absorbed, you only have so long before that energy gets lost through unwanted processes such as nonradiative decay, so the faster it can get converted, the more efficient it will be,” Schlau-Cohen says.

The researchers also found that proteins arranged in a lattice structure showed less efficient energy transfer than proteins that were arranged in randomly organized structures, as they usually are in living cells.

“Ordered organization is actually less efficient than the disordered organization of biology, which we think is really interesting because biology tends to be disordered. This finding tells us that that may not just be an inevitable downside of biology, but organisms may have evolved to take advantage of it,” Schlau-Cohen says.

Now that they have established the ability to measure inter-protein energy transfer, the researchers plan to explore energy transfer between other proteins, such as the transfer between proteins of the antenna to proteins of the reaction center. They also plan to study energy transfer between antenna proteins found in organisms other than purple bacteria, such as green plants.

Reference: “Elucidating interprotein energy transfer dynamics within the antenna network from purple bacteria” by Dihao Wang, Olivia C. Fiebig, Dvir Harris, Hila Toporik, Yi Ji, Chern Chuang, Muath Nairat, Ashley L. Tong, John I. Ogren, Stephanie M. Hart, Jianshu Cao, James N. Sturgis, Yuval Mazor and Gabriela S. Schlau-Cohen, 3 July 2023, Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.2220477120

The research was funded primarily by the U.S. Department of Energy.

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IXPE découvre une nouvelle source de rayons X ultra-lumineux dans la Voie Lactée

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IXPE découvre une nouvelle source de rayons X ultra-lumineux dans la Voie Lactée

Poulet X-3un système binaire de rayons X situé à environ 7 400 parsecs (24 136 années-lumière) dans la constellation du Cygne, représente une classe de sources de rayons X ultra-lumineuses, selon une analyse des données de L’explorateur de polarimétrie à rayons X de la NASA (exp).

Halo autour de Cygnus X-3. Crédit image : NASA.

« Les binaires à rayons X sont des systèmes intéressants constitués de deux objets célestes : une étoile régulière et un objet compact tel qu’un trou noir ou une étoile à neutrons qui absorbe la matière de son compagnon stellaire », a expliqué Alexandra Velidina, astronome à l’Université de Turku. , et ses collègues. .

« Quelques centaines de sources de ce type ont été identifiées jusqu’à présent dans notre Voie Lactée. »

« En ce qui concerne les phénomènes les plus puissants de l’univers, la libération d’énergie gravitationnelle dans les systèmes binaires à rayons X se distingue comme un processus très efficace. »

« Parmi les premiers systèmes binaires à rayons X découverts dans l’univers se trouve Cygnus X-3 », ont-ils ajouté.

« Depuis le début des années 1970, ce système binaire est connu pour sa capacité à apparaître brièvement comme l’une des sources radio les plus intenses, puis à s’atténuer ou à disparaître complètement en quelques jours. »

« Cette étrange propriété a motivé les premiers efforts, coordonnés par des appels téléphoniques, pour standardiser les observations astronomiques à travers le monde. »

« Le comportement unique du système lors de ces événements de courte durée et extrêmement énergétiques, qui dément sa nature normale, lui a valu d’être appelé « puzzle astronomique Cygnus X-3 » par R. M. Hjellming en 1973. »

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«De nombreux efforts ont été déployés depuis pour comprendre sa nature.»

À l’aide du détecteur polarimétrique à rayons X, le Dr Filidina et ses co-auteurs ont mesuré la polarisation des rayons X du Cygnus X-3.

« La vision aux rayons X polarisés a permis de mieux comprendre la composition du matériau entourant l’objet compact du Cygnus X-3 », ont-ils déclaré.

« Nous avons découvert que l’objet compact est entouré d’une coque de matériau dense et opaque. »

« La lumière que nous observons est un reflet sur les parois intérieures de l’entonnoir formé par le gaz environnant et ressemble à une tasse avec un miroir à l’intérieur. »

« Cygne

« Les ULX sont généralement observés sous forme de points lumineux dans les images de galaxies lointaines, leurs émissions étant amplifiées par les effets de focalisation de l’entonnoir entourant l’objet compact, qui agit comme un haut-parleur », a déclaré le professeur Juri Potanen de l’Université de Turku.

« Cependant, en raison des grandes distances de ces sources, des milliers de fois supérieures à l’échelle de la Voie lactée, elles semblent relativement faibles aux télescopes à rayons X. »

« Notre découverte a maintenant révélé une contrepartie brillante à ces étoiles lointaines, les ULX, résidant dans notre galaxie. »

« Cette découverte importante représente un nouveau chapitre dans l’étude de cette source cosmique extraordinaire, offrant l’opportunité d’une exploration approfondie de la consommation extrême de matière. »

le résultats Il a été publié dans le magazine Astronomie naturelle.

_____

une. Filidine et autres. Cygnus X-3 a été détecté comme une source de rayons X ultra-lumineux dans la galaxie par IXPE. Nat Astron, publié en ligne le 21 juin 2024 ; est ce que je: 10.1038/s41550-024-02294-9

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La sonde chinoise revient sur Terre avec les premiers échantillons de la face cachée de la Lune

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La sonde chinoise revient sur Terre avec les premiers échantillons de la face cachée de la Lune

La sonde chinoise Chang’e 6 est revenue sur Terre mardi avec des échantillons de roches et de sol provenant de la face cachée de la Lune, peu explorée, dans une première mondiale.

La sonde a atterri mardi après-midi dans la région de Mongolie intérieure, dans le nord de la Chine.

Les scientifiques chinois s’attendent à ce que les échantillons renvoyés comprennent des roches volcaniques vieilles de 2,5 millions d’années et d’autres matériaux qui, espèrent-ils, répondront aux questions sur les différences géographiques de part et d’autre de la Lune.

Alors que les précédentes missions américaines et soviétiques collectaient des échantillons sur la face visible de la Lune, la mission chinoise a été la première à collecter des échantillons sur la face cachée de la Lune.

Le côté le plus proche est ce que l’on voit depuis la Terre et le côté le plus éloigné fait face à l’espace.

La face cachée est également connue pour contenir des montagnes et des cratères de météorites, ce qui contraste avec les zones relativement plates que l’on peut voir sur la face proche.

La sonde a quitté la Terre le 3 mai et son voyage a duré 53 jours. Il a foré le noyau de la Lune et extrait des roches de la surface.

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Les échantillons devraient répondre à l’une des questions scientifiques fondamentales de la recherche scientifique lunaire : quelle activité géologique est responsable des différences entre les deux faces ? Zhongyu Yu, géoscientifique à l’Académie chinoise des sciences, a déclaré dans un communiqué publié dans Innovation, une revue publiée en partenariat avec l’académie.

Ces dernières années, la Chine a lancé avec succès plusieurs missions sur la Lune et collecté des échantillons de sa face proche à l’aide de la sonde Chang’e 5.

Les scientifiques espèrent également que la sonde restituera des matériaux portant des traces d’impacts de météorites du passé de la Lune.

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Une vidéo montre les débris d’un missile chinois présumé tombant sur le village après son lancement

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Une vidéo montre les débris d’un missile chinois présumé tombant sur le village après son lancement


Hong Kong
CNN

Des débris soupçonnés d’être issus d’un missile chinois ont été vus tomber au sol au-dessus d’un village du sud-ouest de la Chine samedi, laissant derrière eux une traînée de fumée jaune vif et poussant les villageois à fuir, selon l’agence de presse officielle chinoise Xinhua. Vidéos sur les réseaux sociaux chinois et envoyé à CNN par un témoin local.

Les images dramatiques sont apparues en ligne peu de temps après le lancement de la fusée porteuse Longue Marche 2C. Lancé 15 heures. La fusée a été lancée samedi, heure locale (3 h HE) depuis le centre de lancement de satellites de Xichang, dans le sud-ouest de la province du Sichuan.

La fusée a envoyé en orbite le Variable Space Object Observer, un puissant satellite développé par la Chine et la France pour étudier l’explosion d’étoiles la plus lointaine connue sous le nom de sursauts gamma.

Le dirigeant chinois Xi Jinping s’est engagé à consolider la position de son pays en tant que puissance spatiale dominante et à intensifier ses missions spatiales pour rivaliser avec d’autres grandes puissances mondiales, dont les États-Unis.

Le lancement a eu lieu samedi Annoncer Un « succès total » a été obtenu par la China Aerospace Science and Technology Corporation (CASC), un entrepreneur public qui a développé la fusée Longue Marche 2C.

CNN a contacté le CASC et le Bureau d’information du Conseil d’État, qui gère les demandes de presse du gouvernement chinois, y compris l’agence spatiale chinoise, pour obtenir leurs commentaires.

Une vidéo publiée sur Kuaishu, un site chinois de courtes vidéos, montre un long morceau de débris cylindrique tombant sur un village rural et s’écrasant près d’une colline, avec de la fumée jaune s’échappant d’une extrémité.

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CNN a identifié l’emplacement géographique de la vidéo qui sera filmée depuis le village de Xianqiao dans la province du Guizhou, adjacent au site de lancement dans la province du Sichuan au sud-est. La vidéo a été publiée sur Kuaishou à partir d’une adresse IP située dans le Guizhou.

D’autres vidéos diffusées sur les plateformes de médias sociaux chinoises et analysées par CNN montraient des chutes de débris sous plusieurs angles. Dans l’une d’elles, des villageois, dont des enfants, ont été vus s’enfuir en regardant la trace orange dans le ciel, tandis que certains se bouchaient les oreilles en prévision de la collision.

Certaines vidéos ont été supprimées lundi après-midi.

Des témoins oculaires ont déclaré sur les réseaux sociaux avoir entendu une forte explosion après que les débris soient tombés au sol. Un témoin oculaire a déclaré à CNN qu’il avait vu le missile tomber « de ses propres yeux ». Ils ont ajouté : « Il y avait une forte odeur et le bruit d’une explosion ».

Dans un avis gouvernemental désormais supprimé, republié par un villageois local peu après le lancement, les autorités ont indiqué que la municipalité de Xinba, près du village de Qianqiao, devait mener une « mission de récupération des débris de missiles » de 14h45 à 15h15, heure locale. . L’heure est samedi.

Les résidents ont été invités à quitter leur domicile et autres bâtiments une heure avant le lancement et à se disperser dans des zones plus ouvertes pour observer le ciel. Ils ont été avertis de rester à l’écart de l’épave pour éviter les dommages causés par « des gaz toxiques et une explosion », selon l’avis.

Il est « strictement interdit » aux résidents de prendre des photos de l’épave ou de « publier des vidéos sur ce sujet sur Internet », indique l’avis.

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Aucun blessé n’a été signalé dans l’immédiat par les autorités locales.

Markus Schiller, expert en missiles et associé de recherche principal à l’Institut international de recherche sur la paix de Stockholm, a déclaré que les débris semblent être le propulseur du premier étage de la fusée Longue Marche 2C, qui utilise un carburant liquide composé de tétroxyde d’azote et de diméthylhydrazine asymétrique (UDMH). ).

« Ce mélange crée toujours des traînées de fumée orange. Il est hautement toxique et cancérigène », a déclaré Schiller. « Tous les êtres vivants qui inhalent ce produit vont connaître des moments difficiles dans un avenir proche. »

Il a ajouté que de tels incidents se produisent fréquemment en Chine en raison de son site de lancement.

« Si vous souhaitez lancer quelque chose sur une orbite terrestre basse, vous le lancez généralement vers l’est pour bénéficier d’un élan supplémentaire de la rotation de la Terre. Mais si vous lancez vers l’est, il y a toujours des villages sur le chemin du premier. boosters de scène.

La plupart des fusées chinoises sont lancées depuis les trois sites de lancement intérieurs du pays : Xichang au sud-ouest, Jiuquan dans le désert de Gobi au nord-ouest et Taiyuan au nord. Ces bases ont été construites pendant la guerre froide et ont été délibérément placées loin des côtes pour des raisons de sécurité.

En 2016, un quatrième site de lancement, Wenchang, a été ouvert sur l’île de Hainan, la province la plus méridionale du pays.

En comparaison, la NASA et l’Agence spatiale européenne lancent généralement leurs fusées depuis des sites côtiers vers l’océan, a déclaré Schiller, également directeur de ST Analytics à Munich, en Allemagne.

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Il a ajouté que les agences spatiales occidentales ont largement éliminé ce type de propulseur liquide hautement toxique pour leurs programmes spatiaux civils, que la Chine et la Russie utilisent toujours.

Les fusées à plusieurs étages rejettent des débris peu de temps après le lancement, le long de trajectoires pouvant être prédites avant le lancement.

Avant chaque lancement, l’autorité de l’aviation civile chinoise publie généralement un avis aux pilotes, connu sous le nom de NOTAM, les avertissant des « zones de danger temporaires » où des débris de missiles sont susceptibles de tomber.

Les débris des missiles chinois ont déjà touché des villages. En décembre 2023, des fragments de missiles sont tombés dans la province méridionale du Hunan, endommageant deux maisons, ont rapporté les médias officiels. En 2002, il y avait un garçon dans le nord de la Chine blessé Lorsque des fragments d’un lancement de satellite sont tombés sur son village de la province du Shaanxi.

« Je pense que nous verrons quelque chose comme ça pendant longtemps, dans de nombreuses années à venir », a déclaré Schiller.

La Chine a déjà été critiquée par la communauté spatiale internationale pour sa gestion des débris des propulseurs de fusée qui sont devenus incontrôlables à leur retour sur Terre.

En 2021, La NASA a critiqué la Chine Pour ne pas avoir « respecté les normes responsables » après que les débris de sa fusée incontrôlable Longue Marche 5B soient tombés dans l’océan Indien juste à l’ouest des Maldives après être rentrés dans l’atmosphère.

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