La fotosíntesis requiere un mecanismo para producir grandes cantidades de energía química sin perder el poder oxidativo necesario para descomponer el agua. Un equipo de investigación japonés ha aclarado parte de este mecanismo, marcando otro paso hacia el desarrollo potencial de la fotosíntesis artificial. Los hallazgos fueron publicadosel 27 de febrero en la edición en línea de The Journal of Physical Chemistry Letters .
El equipo fue dirigido por el Profesor KOBORI Yasuhiro Centro de Investigación de Fotosciencia Molecular de la Universidad de Kobe y el estudiante de doctorado HASEGAWA Masashi Escuela de Graduados de Ciencias con el Profesor Asociado MINO Hiroyuki Escuela de Graduados de Ciencias de la Universidad de Nagoya.
Durante la reacción de división del agua en la fotosíntesis, las plantas producen oxígeno al convertir la energía solar en energía química, proporcionando la fuente de energía necesaria para su supervivencia. Esta reacción se lleva a cabo mediante un complejo proteico en cloroplastos ubicado en las hojas llamado fotosistemaII complejo.
En 2015, el equipo de investigación del profesor Kobori logró analizar las interacciones electrónicas y la colocación tridimensional de la separación de carga inicial producida directamente después de la fotorreacción en el centro de reacción fotosintética de las bacterias moradas, que no causan el potencial de oxidación para la división del agua., en el complejo del fotosistema II para plantas superiores, la configuración del estado de separación de carga inicial no estaba clara, y era un misterio en cuanto a cómo condujo a una reacción efectiva de división del agua mientras conservaba el alto poder oxidativo.
Los científicos extrajeron las membranas tilacoides donde la fotorreacción tiene lugar en la fotosíntesis de la espinaca, agregaron un agente reductor e irradiaron las muestras. Esto les permitió detectar señales de microondas del estado de separación de carga inicial con un grado de precisión de 10millonésima de segundo. Desarrollaron un método para analizar las señales de microondas utilizando imágenes de polarización de espín. Por primera vez fue posible llevar a cabo un análisis en 3D de la configuración de la carga eléctrica producida directamente después de la exposición a la luz como un intermediario reactivo.Esto se hizo con una precisión de hasta 10 millonésimas de segundo, como fotografía consecutiva. En base a esta visualización, también cuantificaron la interacción electrónica que ocurre cuando las órbitas de electrones se superponen para moléculas con cargas eléctricas.
La estructura de separación de carga eléctrica inicial aclarada por este análisis no fue muy diferente de la estructura antes de la reacción, pero el análisis de imágenes mostró que la carga eléctrica positiva que se produjo en el pigmento como un intermediario reactivo existía desproporcionadamente en las moléculas individuales de clorofila.sugiere que existe una fuerte estabilización causada por la interacción electrostática entre las cargas.
Se ha revelado que se suprime el retorno de la carga negativa, ya que la superposición entre las órbitas de electrones está muy limitada por el efecto aislante del término del grupo vinilo. Esto significa que es posible utilizar los altos poderes oxidantes de los positivoscarga en clorofila PD1 para la posterior descomposición oxidativa del agua.
Basado en estos hallazgos, los investigadores han desbloqueado parte del mecanismo para producir efectivamente altas cantidades de energía química sin pérdida del poder oxidativo necesario para dividir el agua en la fotosíntesis. Estos hallazgos podrían ayudar a diseñar un "sistema de fotosíntesis artificial" que pueda proporcionaruna fuente de energía limpia al convertir eficientemente la energía solar en grandes cantidades de electricidad e hidrógeno. La aplicación de este principio podría contribuir a resolver problemas con la energía, el medio ambiente y la escasez de alimentos.
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Materiales proporcionado por Universidad de Kobe . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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