Химики впервые в мире смогли искусственно синтезировать бактериохлорофилл а — уникальный пигмент микроорганизмов, поглощающий инфракрасный свет для фотосинтеза. Создание сложной пятикольцевой молекулы с нуля открывает путь к созданию принципиально новых технологий в области искусственного фотосинтеза и солнечной энергетики. Работа опубликована в Chemical Science.
Что такое бактериохлорофилл а?
В природе существуют два параллельных мира фотосинтеза:
- Привычный (зелёные растения) — с выделением кислорода.
- Более древний микробный — фотосинтез без участия кислорода.
Микроорганизмы из второго мира используют для сбора энергии совершенно другие молекулы — бактериохлорофиллы. До сегодняшнего дня химикам ни разу не удавалось воспроизвести их с нуля в лаборатории.
В чём была сложность?
Молекула бактериохлорофилла а — крупный дискообразный макроцикл из пяти связанных колец атомов. Особую трудность представляло пятое, наружное кольцо (кольцо Е). Долгие годы все попытки сводились к сборке четырёх внутренних колец, после чего безуспешно пытались «прикрутить» последнее кольцо снаружи.
Как решили?
Вместо традиционных методов выбрали кардинально иной подход:
- Отдельно синтезировали две полноценные половины макроцикла.
- В качестве связующего звена использовали крошечные химические компоненты, которые должны были сформировать то самое пятое кольцо.
- Когда две половины прикрепили к центральному атому, запустилась каскадная реакция — молекула элегантно самособралась, автоматически образуя правильную пятикольцевую структуру.
Почему это прорыв?
Успешный синтез открывает новые горизонты:
- Модификация геномов микроорганизмов.
- Создание синтетических производных пигментов для физических экспериментов.
- Проектирование систем искусственного фотосинтеза.
- Развитие зелёной энергетики будущего.
Вывод: химики преодолели барьер, который десятилетиями считался неприступным. Теперь, когда сложнейшая молекула бактериохлорофилла а может быть собрана в лаборатории, учёные смогут не только изучать древний бескислородный фотосинтез, но и создавать новые технологии преобразования света — возможно, более эффективные, чем у растений.