Secreto de la oxigenación

La fotosíntesis natural es imitada por científicos en busca de crear energías limpias.

Revista Nature

Los instantes finales de la liberación del oxígeno fueron captados con detalle atómico y da paso al desarrollo de sistemas fotosintéticos artificiales para aprovechar la luz solar

Un equipo internacional de investigadores ha logrado descifrar un secreto clave del Fotosistema II, un complejo proteínico de plantas, algas y cianobacterias, por el que obtienen la energía de la luz solar y la utiliza para dividir el agua y producir el oxígeno que respiramos, según publican en la revista Nature un grupo de cuatro átomos de manganeso y uno de calcio conectados por átomos de oxígeno— facilita una serie de reacciones químicas que actúan para separar una molécula de agua y liberar oxígeno molecular.

Los investigadores captaron por primera vez con detalle atómico lo que ocurre en los instantes finales que conducen a la liberación del oxígeno respirable. Los datos revelan un paso intermedio de la reacción que no se había observado antes.

Los resultados arrojan luz sobre cómo la naturaleza ha optimizado la fotosíntesis y están ayudando a los científicos a desarrollar sistemas fotosintéticos artificiales que imitan la fotosíntesis para aprovechar la luz solar natural y convertir el dióxido de carbono en hidrógeno y combustibles basados en el carbono.

“Cuanto más aprendamos sobre cómo lo hace la naturaleza, más cerca estaremos de utilizar esos mismos principios en procesos creados por el hombre, incluidas ideas para la fotosíntesis artificial como fuente de energía limpia y sostenible”, afirma Jan Kern, coautor del estudio y científico del Laboratorio de la Universidad de Berkeley (Estados Unidos).

Por su parte, Junko Yano, coautora del estudio y también de Berkeley, afirma que “el fotosistema II nos está dando el modelo para optimizar nuestras fuentes de energía limpia y evitar callejones sin salida y productos secundarios peligrosos que dañan el sistema. Lo que antes pensábamos que era sólo ciencia fundamental podría convertirse en una prometedora vía para mejorar nuestras tecnologías energéticas”, asegura.

El centro pasa por cuatro estados de oxidación estables, conocidos como S0 a S3, cuando se expone a la luz solar. En sus experimentos, los investigadores sondearon este centro excitando muestras de cianobacterias con luz óptica y sondeándolas después con pulsos de rayos X ultrarrápidos procedentes del LCLS y el SACLA.

Aún hay cosas que ocurren que faltan por descubrir y que ya están en proceso de ser captadas

Durante la fotosíntesis, el centro generador de oxígeno del Fotosistema II —

Los datos revelaron la estructura atómica del cúmulo y el proceso químico en torno a él.

Gracias a esta técnica, los científicos pudieron observar por primera vez la carrera loca hacia el hogar, el estado transitorio o S4, en el que dos átomos de oxígeno se enlazan y se libera una molécula de oxígeno. Los datos mostraron que hay otros pasos en esta reacción que nunca se habían visto antes.

“Otros expertos sostenían que se trataba de algo que nunca podría captarse — recuerda Uwe Bergmann, coautor del estudio y científico y profesor de la Univer-

OPINIÓN DE CIENTÍFICOS PARTICIPANTES

“Cuanto más aprendamos sobre cómo lo hace la naturaleza, más cerca estaremos de utilizar esos mismos principios”.

Jan Kern

“El fotosistema II nos está dando el modelo para optimizar nuestras fuentes de energía limpia”.

Junko Yano

“Aaunque todavía no podemos decir que tengamos un mecanismo, podemos excluir algunos modelos que la gente ha propuesto en las últimas décadas “.

Uwe Bergmann

sidad de Wisconsin-Madison—. Realmente va a cambiar nuestra forma de pensar sobre el Fotosistema II”.

El experto señala que, “aunque todavía no podemos decir que tengamos un mecanismo único, podemos excluir algunos modelos e ideas que la gente ha propuesto en las últimas décadas. Es lo más cerca que nadie ha estado nunca de capturar este paso final”.

El nuevo estudio es el último de una serie realizada por el equipo a lo largo de la última década. “La mayor parte del proceso que produce oxígeno respirable tiene lugar en este último paso —explica Vittal Yachandra, coautor del estudio y científico de Berkeley—, pero hay varias cosas que suceden en diferentes partes del fotosistema II y todas tienen que confluir al final para que la reacción tenga éxito”.

Basándose en estos resultados, los investigadores planean realizar experimentos diseñados para captar muchas más instantáneas del proceso.

Para ello, necesitan mejorar aún más la calidad de sus datos. En el pasado, las mediciones suponían un reto porque las señales de rayos X producen pulsos de rayos que son demasiado pequeñas. (Europa press) 