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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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Les scientifiques ont observé la peinture sécher : les motifs déroutants ont révélé un monde de mouvement et de mystère.

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Les scientifiques ont observé la peinture sécher : les motifs déroutants ont révélé un monde de mouvement et de mystère.

Les chercheurs ont découvert que le motif de la peinture séchée est affecté par la concentration du pigment et la température à laquelle elle sèche. Etudier à l’ACS Langmuir Il a révélé que les gouttelettes contenant moins de pigment ou placées sur des surfaces froides ressemblaient à des « œufs au plat » une fois séchées, tandis que celles contenant plus de pigment ou séchées à des températures plus élevées semblaient plus uniformes. Les résultats indiquent qu’en ajustant la concentration en pigment et la température de séchage, on peut contrôler l’aspect final de la peinture séchée.

Le modèle de séchage de la peinture est affecté par la concentration du pigment et la température de séchage, les ajustements de ces facteurs permettant de contrôler l’apparence finale de la peinture.

Un déversement de café laisse une tache sombre sur le pourtour de la flaque d’eau lorsqu’il sèche. Mais lorsque la peinture sèche, certains ressemblent à des « œufs au plat », avec des « jaunes » colorés entourés de halos d’un blanc pur, tandis que d’autres semblent uniformes. Pour comprendre cet écart, les chercheurs rapportent dans la revue ACS Langmuir Regardez littéralement la peinture sécher. Ils ont découvert que la concentration et la température des pigments affectent la façon dont le liquide cristallise et s’évapore, informations qui peuvent aider à contrôler les motifs de la peinture séchée.

La peinture contient un mélange de matériaux, notamment des résines, des pigments, des additifs et des solvants tels que l’eau. En raison de la composition complexe de la peinture, diverses réactions chimiques jouent un rôle lorsque les gouttelettes de peinture s’évaporent, ce qui peut parfois conduire à des motifs indésirables ou à des microfissures. En général, les artistes et les peintres en bâtiment souhaitent une répartition uniforme des pigments après avoir appliqué la peinture sur la surface. Mais on ne sait pas vraiment comment éviter la formation de motifs lorsque le liquide sèche. Ainsi, Stella Ramos, Catherine Barentin et leurs collègues ont voulu étudier les facteurs qui affectent l’évaporation de la peinture à l’eau.

Séchage des motifs de peinture

À mesure que les gouttes de peinture sèchent, elles peuvent ressembler à un « œuf au plat » (image de gauche, la barre d’échelle est d’un millimètre) ou développer une répartition plus uniforme du pigment (image de droite). Crédit : Adapté de Langmuir 2023, DOI : 10.1021/acs.langmuir.3c01605

Les chercheurs ont préparé cinq mélanges de peinture acrylique à base d’eau et d’eau, puis ont déposé les solutions sur des lames de verre chauffées. Au fur et à mesure de l’évaporation du liquide, ils ont analysé et photographié le sédiment, et ont observé trois phénomènes :

  • Initialement, il y avait des flux de liquide entrants et sortants concurrents : flux entrant du substrat chaud vers le sommet plus froid de la goutte, et retrait vers l’extérieur du flux capillaire.
  • Finalement, la gélification de la suspension de peinture augmente la viscosité et ralentit le mouvement du pigment.
  • L’étape finale de séchage maintient les colorants en place sur la surface de la lame.

La quantité de pigment et la température de la surface du verre affectaient la taille, la forme et le motif des gouttelettes de peinture séchées. Les chercheurs ont constaté que des gouttelettes contenant des concentrations de colorant plus faibles se déposaient sur la surface à la température la plus basse de 86 degrés. F Les particules colorées s’accumulent au centre, lui donnant un aspect « œuf au plat ». Avec plus de pigments et des températures plus élevées allant jusqu’à 176°F, le motif séché est devenu plus uniforme et avait une répartition uniforme de la couleur sur tout le cercle.

Pour contrôler l’apparence de la peinture séchée, la concentration en pigments et la température de la surface peuvent être ajustées en fonction du motif final souhaité, expliquent les chercheurs.

Référence : « Séchage des gouttes de peinture en suspension : des « œufs au plat » aux motifs semi-homogènes » par Stella M. M. Ramos, Damien Suberand, Rémi Volkrand et Katherine Barentin, 14 septembre 2023, Langmuir.
est ce que je: 10.1021/acs.langmuir.3c01605

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Champs de glace, lait glaciaire et montée des mers

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Champs de glace, lait glaciaire et montée des mers

Cette image de Copernicus Sentinel-2 montre des glaciers et des lacs dans le champ de glace du sud de la Patagonie, entre le Chili et l’Argentine. En tant qu’indicateurs critiques du changement climatique, le retrait de ces glaciers au cours des dernières décennies a des conséquences sur l’élévation du niveau de la mer. Crédit : Contient des données Copernicus Sentinel modifiées (2023), traitées par l’Agence spatiale européenne, CC BY-SA 3.0 IGO

Le champ de glace du sud de la Patagonie, qui s’étend entre le Chili et l’Argentine, est l’une des plus grandes masses de glace en dehors des régions polaires. Une image récente de Copernicus Sentinel-2 met en évidence de superbes glaciers et lacs aigue-marine.

Une partie du champ de glace du sud de la Patagonie avec ses glaciers blancs et ses lacs aigue-marine est montrée sur cette image Copernicus Sentinel-2 prise le 10 janvier 2023.

Le champ de glace, qui chevauche la frontière du Chili et de l’Argentine, s’étend sur plus de 350 kilomètres (220 miles) à travers les Andes de Patagonie et constitue l’une des plus grandes masses de glace sur Terre en dehors des régions polaires.

Composition et caractéristiques du champ de glace

Les champs de glace sont formés par des accumulations de neige qui se transforment en glace au cours des années de compression et de gel. Façonnés par la topographie sous-jacente, les glaciers se forment souvent aux bords d’un champ de glace.

Sur cette image, la masse de glace alimente plusieurs glaciers plus petits et plus grands, dont le glacier Perito Moreno d’Argentine dans le coin supérieur droit. Perito Moreno se trouve sur un canal étroit, alimentant le lac Argentino et formant un barrage de glace qui sépare le corps principal du lac, représenté ci-dessus en turquoise, de son bras sud, représenté en gris.

Lacs, sédiments et glaciers

De nombreux lacs de la région sont alimentés par l’eau provenant de la fonte des glaciers. La couleur de l’eau varie du bleu foncé au gris en fonction de la quantité de sédiments fins en suspension présents. Ces dépôts sont appelés « lait glaciaire » et sont le résultat de l’érosion lorsque les glaciers coulent sur la roche sous-jacente.

Le plus grand glacier visible dans la partie inférieure de l’image est le glacier Grey, dont l’extrémité est divisée en trois parcelles de terrain. Il est situé dans le parc national Torres del Paine., L’une des plus grandes entreprises du Chili. Le nom du parc vient des trois pics de granit distinctifs de Torres del Paine, qui apparaissent dans le coin inférieur droit de l’image.

Morens et indicateurs du changement climatique

Les lignes sombres qui suivent l’écoulement de la plupart des glaciers sont des moraines : des accumulations de roches, de terre et d’autres débris déposés par le glacier. En regardant de plus près l’extrémité de certains glaciers, nous pouvons voir comment les icebergs se sont détachés et flottent désormais dans les fjords et les lacs.

Les glaciers sont les plus grands réservoirs d’eau douce de notre planète. La vitesse à laquelle ils peuvent fondre ou croître est l’un des meilleurs indicateurs du changement climatique. La disparition des glaciers est l’une des principales causes de l’élévation du niveau de la mer. De nombreux glaciers de Patagonie ont reculé au cours des 50 dernières années. Les données satellitaires peuvent aider à surveiller les changements dans la masse, l’étendue et l’épaisseur des glaciers, et donc leur contribution à l’élévation du niveau de la mer.

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La dernière super lune de 2023 est la Harvest Moon de cette année, visible vendredi – The Irish Times

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La dernière super lune de 2023 est la Harvest Moon de cette année, visible vendredi – The Irish Times

La dernière super lune de 2023 sera visible vendredi soir, avec une vue légèrement plus basse samedi.

Une super lune se produit lorsque la Lune est à son point le plus proche de la Terre. En conséquence, elle peut paraître jusqu’à 30 % plus brillante que lorsqu’elle est à son point le plus éloigné, ce qui signifie qu’il s’agit de la pleine lune la plus grande et la plus brillante que les gens auront jamais vue.

L’Autorité irlandaise d’astronomie a exhorté les gens à sortir pour voir la dernière super lune de 2023, ajoutant qu’elle apparaîtra « presque aussi belle samedi » qu’elle décroît.

« L’équinoxe a eu lieu le 23 septembre et la pleine lune la plus proche de cette date est appelée la Lune des récoltes. Ce n’est donc pas seulement la Lune des récoltes de cette année, c’est aussi la quatrième et dernière super lune de 2023 », a déclaré David Moore, rédacteur en chef. de l’astronomie irlandaise.

Journal d’astronomie irlandaise Les gens sont invités à soumettre des photos ou des commentaires écrits de leurs observations qui seront publiés dans une revue spéciale de l’événement.

« Le meilleur moment pour observer est au lever de la lune, qui correspond au coucher du soleil, lorsqu’un autre effet appelé « illusion de la lune » entre en jeu, qui peut faire « apparaître » la lune plus grande à la combinaison œil/cerveau humain. » dit M. Moore.

« Les gens deviennent très créatifs lors de ce ‘super lever de lune’ et font la queue devant des bâtiments, des sculptures, des paysages et même des amis et des familles pour prendre des photos très créatives. Nous souhaitons les présenter dans le magazine Astronomy Ireland et nous espérons que les gens les diffuseront. l’île et nous envoient leurs plus belles photos pour la question de la lune », a-t-il déclaré. Notre géant.

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Le meilleur moment pour voir la lune est le vendredi à partir de 19h18 en Irlande. Samedi, la lune se lèvera à 19h31.

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