Investigadores del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC y del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (junto con colaboradores en Suecia, Alemania y el Reino Unido) han arrojado nueva luz sobre el paso final de la fotosíntesis. Observaron en detalle atómico cómo Photosystem II, un complejo de proteínas que se encuentra en las plantas, sufre una transformación que conduce a la pérdida de un átomo de oxígeno adicional. Los científicos creen que los descubrimientos ayudarán a proporcionar una hoja de ruta para optimizar las fuentes de energía limpia. “Realmente va a cambiar la forma en que pensamos sobre Photosystem II”, dijo Uwe Bergmann, científico y profesor de la Universidad de Wisconsin-Madison, coautor del artículo.
Los investigadores tomaron «imágenes de resolución extremadamente alta» de diferentes etapas del proceso (a temperatura ambiente), lo que les dio una nueva perspectiva sobre cómo y dónde se produce el oxígeno. El béisbol puede proporcionar una metáfora simple (aunque algo forzada) para ilustrar el proceso. “El centro pasa por cuatro estados de oxidación estables, conocidos como S0 a S3, cuando se expone a la luz solar”, explica SLAC. “En un campo de béisbol, S0 sería el comienzo del juego cuando un jugador en la base está listo para batear. S1-S3 serían jugadores en primera, segunda y tercera”. Según esta metáfora, un bateador que hace contacto para hacer avanzar a los corredores significa que el complejo absorbe un fotón de luz solar. “Cuando se golpea la cuarta bola, el jugador se desliza hacia el home, anotando una carrera o, en el caso de Photosystem II, liberando una molécula de oxígeno respirable”. Es esa etapa final (S4, entre la tercera base y el deslizamiento a casa en nuestra metáfora) la que fotografiaron por primera vez, donde dos átomos de oxígeno se unen para liberar una molécula de oxígeno, revelando pasos adicionales nunca antes vistos.
El siguiente video ilustra el proceso y los descubrimientos del equipo.
«La mayor parte del proceso que produce oxígeno respirable ocurre en este último paso», dijo Vittal Yachandra, científico de Berkeley Lab y coautor del artículo, publicado en Naturaleza. “Pero están sucediendo varias cosas en diferentes partes de Photosystem II y todas tienen que unirse al final para que la reacción tenga éxito. Al igual que en el béisbol, factores como la ubicación de la pelota y la posición de los jugadores de base y jardineros afectan los movimientos que realiza un jugador para llegar a la base, el entorno proteico alrededor del centro catalítico influye en cómo se desarrolla esta reacción”.
Los investigadores esperan una actualización de rayos X a finales de este año para arrojar más luz sobre el proceso. Utilizará una tasa de repetición de hasta un millón de pulsos por segundo, frente a los 120 por segundo utilizados en este experimento. “Con estas actualizaciones, podremos recopilar datos de varios días en solo unas pocas horas”, dijo Bergmann. “También podremos usar rayos X suaves para comprender mejor los cambios químicos que ocurren en el sistema. Estas nuevas capacidades seguirán impulsando esta investigación y arrojarán nueva luz sobre la fotosíntesis”.
El equipo cree que los resultados les ayudarán a «desarrollar sistemas fotosintéticos artificiales que imitan la fotosíntesis para recolectar luz solar natural para convertir el dióxido de carbono en hidrógeno y combustibles a base de carbono». Jan Kern, otro coautor y científico de Berkley Lab, dijo: «Cuanto más aprendemos sobre cómo lo hace la naturaleza, más nos acercamos a usar esos mismos principios en los procesos creados por el hombre, incluidas las ideas para la fotosíntesis artificial como un método limpio y eficiente». fuente de energía sostenible”.
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