Las plantas han estado aprovechando la energía del sol durante cientos de millones de años.
Las algas y las bacterias fotosintéticas han estado haciendo lo mismo por más tiempo, todo con notable eficiencia y resistencia.
No es de extrañar, entonces, que los científicos hayan intentado durante mucho tiempo entender exactamente cómo lo hacen, con la esperanza de utilizar este conocimiento para mejorar dispositivos creados por el hombre, como paneles solares y sensores.
Científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de los EE. UU. DOE, en estrecha colaboración con colaboradores de la Universidad de Washington en St. Louis, resolvieron recientemente una parte crítica de este antiguo misterio, centrados en los eventos iniciales ultrarrápidos a través de los cualesLas proteínas fotosintéticas capturan la luz y la utilizan para iniciar una serie de reacciones de transferencia de electrones.
"Para comprender cómo la biología alimenta todas sus actividades arraigadas, debe comprender la transferencia de electrones", dijo el biofísico de Argonne, Philip Laible. "El movimiento de electrones es crucial: es cómo se realiza el trabajo dentro de una célula".
En los organismos fotosintéticos, estos procesos comienzan con la absorción de un fotón de luz por los pigmentos localizados en las proteínas.
Cada fotón impulsa un electrón a través de una membrana ubicada dentro de compartimientos especializados dentro de la célula.
"La separación de la carga a través de una membrana, y su estabilización, es crítica, ya que genera energía que estimula el crecimiento celular", dijo la bioquímica de Argonne, Deborah Hanson.
El equipo de investigación de Argonne y la Universidad de Washington ha obtenido información valiosa sobre los pasos iniciales de este proceso: el viaje del electrón.
Hace casi 35 años, cuando se dio a conocer la primera estructura de este tipo de complejos, los científicos se sorprendieron al descubrir que después de la absorción de la luz, los procesos de transferencia de electrones enfrentaron un dilema: hay dos vías posibles para que el electrón viaje.
En la naturaleza, las plantas, las algas y las bacterias fotosintéticas usan solo una de ellas, y los científicos no tenían idea de por qué.
Lo que sí sabían era que la propulsión del electrón a través de la membrana, que efectivamente cosechaba la energía del fotón, requería múltiples pasos.
Los científicos de Argonne y de la Universidad de Washington han logrado interferir con cada uno de ellos para cambiar la trayectoria del electrón.
"Hemos estado en este camino durante más de tres décadas, y es un gran logro que abre muchas oportunidades", dijo Dewey Holten, químico de la Universidad de Washington.
El reciente artículo de los científicos, "Cambiando de lado - Separación de carga primaria rediseñada en el centro de reacción fotosintética bacteriana", publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, muestra cómo descubrieron una versión de ingeniería de este complejo de proteínas que cambió elutilización de las vías, habilitando la que estaba inactiva mientras que deshabilita la otra.
"Es notable que hayamos logrado cambiar la dirección de la transferencia inicial de electrones", dijo Christine Kirmaier, química y líder del proyecto de la Universidad de Washington. "En la naturaleza, el electrón eligió un camino el 100 por ciento del tiempo. Pero a través de nuestros esfuerzos, hemos podido hacer que el electrón cambie a una ruta alternativa el 90 por ciento de las veces. Estos descubrimientos plantean preguntas interesantes para futuras investigaciones ".
Como resultado de sus esfuerzos, los científicos ahora están más cerca que nunca de poder diseñar sistemas de transferencia de electrones en los que puedan enviar un electrón por un camino de su elección.
"Esto es importante porque estamos ganando la capacidad de aprovechar el flujo de energía para comprender los principios de diseño que conducirán a nuevas aplicaciones de sistemas abióticos", dijo Laible. "Esto nos permitiría mejorar en gran medida la eficiencia de muchos sistemas solares".dispositivos alimentados, lo que podría hacerlos mucho más pequeños. Tenemos una gran oportunidad aquí para abrir disciplinas completamente nuevas de reacciones bioquímicas impulsadas por la luz, que no han sido imaginadas por la naturaleza. Si podemos hacer eso, eso es enorme ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Argonne . Original escrito por Jo Napolitano. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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