Utilizando imágenes ultrarrápidas de energía en movimiento en la fotosíntesis, los científicos han determinado la velocidad de los procesos cruciales por primera vez.
Esto debería ayudar a los científicos a comprender cómo la naturaleza ha perfeccionado el proceso de la fotosíntesis, y cómo esto podría copiarse para producir combustibles mediante la fotosíntesis artificial.
Durante la fotosíntesis, las plantas cosechan luz y, a través de un proceso químico que involucra agua y dióxido de carbono, la convierten en combustible para toda la vida.
Una parte vital de este proceso es utilizar la energía de la luz para dividir el agua en oxígeno e hidrógeno. Esto se realiza mediante una enzima llamada Photosystem II. La energía de la luz se recolecta mediante 'antenas' y se transfiere al centro de reacción del Photosystem II,que elimina los electrones del agua. Esta conversión de la energía de excitación en energía química, conocida como 'separación de carga', es el primer paso para dividir el agua.
Anteriormente se pensaba que el proceso de separación de carga en el centro de reacción era un "cuello de botella" en la fotosíntesis, el paso más lento del proceso, en lugar de la transferencia de energía a lo largo de las antenas.
Dado que la estructura del Photosystem II se determinó por primera vez en 2001, se sugirió que, de hecho, podría ser el paso de transferencia de energía el más lento, pero aún no era posible probarlo experimentalmente.
Ahora, utilizando imágenes ultrarrápidas de excitaciones electrónicas que usan pequeños cristales de Photosystem II, los científicos del Imperial College de Londres y la Universidad Johannes Kepler JKU en Austria han demostrado que el paso más lento es el proceso a través del cual las plantas cosechan luz ytransfiera su energía a través de las antenas al centro de reacción.
Las nuevas ideas sobre la mecánica precisa de la fotosíntesis deberían ayudar a los investigadores que esperan copiar la eficiencia de la fotosíntesis natural para producir combustibles verdes. El autor del estudio, el Dr. Jasper van Thor, del Departamento de Ciencias de la Vida de Imperial, dijo: "Ahora podemos vercómo la naturaleza ha optimizado la física de convertir la energía de la luz en combustible, y puede probar este proceso utilizando nuestra nueva técnica de mediciones de cristales ultrarrápidos.
"Por ejemplo, ¿es importante que el cuello de botella ocurra en esta etapa para preservar la eficiencia general? ¿Podemos imitarlo o ajustarlo para que la fotosíntesis artificial sea más eficiente? Estas preguntas, y muchas otras, ahora se pueden explorar."
El coautor Dr. Thomas Renger, del Departamento de Biofísica Teórica de JKU, agregó: "Cuando predijimos el modelo actual de transferencia de energía hace ocho años, esta predicción se basó en un cálculo basado en la estructura. Dado que tales cálculos están lejos de ser trivialespara un sistema tan complejo como este, quedaban algunas dudas. La técnica inventada por el grupo de Jasper en Imperial nos ha permitido eliminar estas dudas y ha confirmado completamente nuestras predicciones ".
Aunque los investigadores pudieron determinar qué paso es más rápido, ambos pasos ocurren increíblemente rápido: todo el proceso toma una cuestión de nanosegundos billonésimas de segundo, y los pasos individuales de transferencia de energía y separación de carga toman solo picosegundos billonésimas deun segundo.
El equipo utilizó un sofisticado sistema de láseres para provocar reacciones en los cristales del Photosystem II, y luego medir en el espacio y el tiempo el movimiento de las excitaciones de electrones, y por lo tanto la transferencia de energía, a través de las antenas y el centro de reacción.
La película resultante del movimiento de electrones excitados a través de secciones diminutas del sistema reveló dónde se mantiene la energía y cuándo se transmite. Esto demostró que el paso inicial de separar las cargas para la reacción de división del agua tiene lugar relativamente rápido, peroque el proceso de recolección y transferencia de luz es más lento.
El Dr. van Thor agregó: "Hubo pistas de que los modelos anteriores del cuello de botella de la fotosíntesis eran incorrectos, pero hasta ahora no teníamos pruebas experimentales directas. Ahora podemos demostrar que lo que me enseñaron en la década de 1990 esya no es compatible."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Imperial College de Londres . Original escrito por Hayley Dunning. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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