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 Unique genome architectures after fertilisation in single-cell embryos
30.03.2017 | IMBA - Institut für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften GmbH

nachricht Transport of molecular motors into cilia
28.03.2017 | Aarhus University

All articles from Life Sciences >>>

The most recent press releases about innovation >>>

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

Im Focus: Atome rennen sehen - Phasenübergang live beobachtet

Ein Wimpernschlag ist unendlich lang dagegen – innerhalb von 350 Billiardsteln einer Sekunde arrangieren sich die Atome neu. Das renommierte Fachmagazin Nature berichtet in seiner aktuellen Ausgabe*: Wissenschaftler vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben die Bewegungen eines eindimensionalen Materials erstmals live verfolgen können. Dazu arbeiteten sie mit Kollegen der Universität Paderborn zusammen. Die Forscher fanden heraus, dass die Beschleunigung der Atome jeden Porsche stehenlässt.

Egal wie klein sie sind, die uns im Alltag umgebenden Dinge sind dreidimensional: Salzkristalle, Pollen, Staub. Selbst Alufolie hat eine gewisse Dicke. Das...

Im Focus: Kleinstmagnete für zukünftige Datenspeicher

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Chemikern der ETH Zürich hat eine neue Methode entwickelt, um eine Oberfläche mit einzelnen magnetisierbaren Atomen zu bestücken. Interessant ist dies insbesondere für die Entwicklung neuartiger winziger Datenträger.

Die Idee ist faszinierend: Auf kleinstem Platz könnten riesige Datenmengen gespeichert werden, wenn man für eine Informationseinheit (in der binären...

Im Focus: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Nierentransplantationen: Weisse Blutzellen kontrollieren Virusvermehrung

30.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Zuckerrübenschnitzel: der neue Rohstoff für Werkstoffe?

30.03.2017 | Materialwissenschaften

Integrating Light – Your Partner LZH: Das LZH auf der Hannover Messe 2017

30.03.2017 | HANNOVER MESSE