Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Snapshot reveals details about photosynthesis

09.11.2012
Together with a large international research team, Johannes Messinger of Umeå University in Sweden has taken another step toward an understanding of photosynthesis and developing artificial photosynthesis.

With a combination of a x-ray free-electron laser and spectroscopy, the team has managed to see the electronic structure of a manganese complex, a chemical compound related to how photosynthesis splits water.


Caption: Ultra-short x-ray pulse striking molecules containing manganese. Illustration: Greg Stewart, National Accelerator Laboratory vid Stanford University

The experiments used the Linac Coherent Light Source (LCLS), which is a free-electron x-ray laser facility at Stanford University in the US. The wavelength of the laser is roughly the same as the breadth of an atom, and each pulse of light lasts 50 femtoseconds (10-15). This is an extremely short interval of time: there are more femtoseconds in one second than there are seconds in a person’s life. Such extremely short wavelengths and short light pulses constitute ideal conditions for imaging chemical reactions with atomic resolution at room temperature while the chemical reactions are ongoing.

The research group has previously used LCLS to perform structural analyses of isolated photosynthesis complexes from plants’ photosystem II at room temperature. Now the group has combined the method with spectroscopy and is the first team to succeed in seeing at LCLS the electronic structure of a manganese complex similar to that found in photosystem II. Manganese is a transitional metal that, together with calcium and oxygen, forms the water-splitting catalyst in photosystem II.

A very simple example of a spectrometer is a prism, which separates sunlight into all the colors of the rainbow. The spectrometer used in this study functions in a similar manner, but with a group of 16 specialized crystals that diffract the x-rays emitted from the sample in resonse of being excited by an x-ray pulse onto a detector array.

To the delight of the scientists, the manganese compounds remained intact long enough for them to observe detailed information about the electronic structure before the compounds were destroyed by the very intense X-ray laser beam.

“Having both structural information and spectroscopic information means that we can much better understand how the structural changes of the whole complex and the chemical changes on the active surface of the catalysts work together to enable the enzymes to perform complex chemical reactions at room temperature,” says Johannes Messinger, professor at the Department of Chemistry at Umeå University.

The chemical reaction the research group aims to understand is the splitting of water in photosystem II, as this understanding is also key for developing artificial photosynthesis– that is, for building devices for producing hydrogen from sunlight and water. To be able to exploit sunlight for producing fuels that can be stored and the used when needed would help solve the world’s ever-more acute energy problems.

The new research findings are being published in the highly regarded journal Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS.

Two major research projects at Umeå University are focusing on the development of artificial photosynthesis by imitating plants’ very successful way of exploiting solar energy. Both projects (“solar fuels” and “artificial leaf”) are directed by Johannes Messinger, professor at the Department of Chemistry at Umeå University.

Original publication:
Alonso-Mori Roberto, et. al: Energy-dispersive X-ray emission spectroscopy using an X-ray free-electron laser in a shot-by-shot mode. PNAS, November 5 2012, doi:10.1073/pnas.1211384109
For more information, please contact:
Johannes Messinger
Telephone: phone: +46 (0)90-786 59 33
E-mail: johannes.messinger@chem.umu.se

Ingrid Söderbergh | idw
Further information:
http://www.vr.se

More articles from Life Sciences:

nachricht More genes are active in high-performance maize
19.01.2018 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht How plants see light
19.01.2018 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

All articles from Life Sciences >>>

The most recent press releases about innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal vereinbart mit dem Betriebsrat von RWG Sozialplan - Zukunftsorientierter Dialog führt zur Einigkeit

19.01.2018 | Unternehmensmeldung

Open Science auf offener See

19.01.2018 | Geowissenschaften

Original bleibt Original - Neues Produktschutzverfahren für KFZ-Kennzeichenschilder

19.01.2018 | Informationstechnologie