Vibraciones en las hojas mejoran la eficiencia de la fotósíntesis

MADRID, 14 Jul. (EUROPA PRESS) -

   Biofísicos de la Universidad de Michigan han usado cortos pulsos de luz para investigar la mecánica de la fotosíntesis y definir el papel que las vibraciones moleculares juegan en la conversión de energía que alimenta la vida en nuestro planeta.

   Los hallazgos, publicados en 'Nature Chemistry', podrían potencialmente ayudar a los ingenieros a hacer células solares y sistemas de almacenamiento de energía más eficientes, además de aportar pruebas nuevas a un debate en curso de "biología cuántica" sobre cómo se las arregla exactamente la fotosíntesis para ser tan eficiente.

   A través de la fotosíntesis, las plantas y algunas bacterias convierten la luz solar, el agua y el dióxido de carbono en alimentos para sí mismos y oxígeno para que los animales respiren. Quizás, es el proceso bioquímico más importante en la Tierra, pero los científicos aún no entienden completamente cómo funciona.

   "Los sistemas fotosintéticos biológicos y artificiales absorben luz y la convierten en energía. En el caso de la fotosíntesis natural, la separación de la carga conduce a energía bioquímica. En los sistemas artificiales, queremos coger esa separación de carga y utilizarla para generar electricidad o alguna otra fuente de energía como los biocombustibles", explica Jennifer Ogilvie, profesora asociada de Física y Biofísica en la Universidad de Michigan y autora principal de un artículo sobre los resultados que se publicará este domingo en 'Nature Chemistry'.

   Se tarda alrededor de un tercio de segundo en abrir y cerrar los ojos y la separación de esa carga ocurre en aproximadamente una centésima de milmillonésima de esa cantidad de tiempo. Ogilvie y su grupo de investigación desarrollaron un experimento con láser de pulso ultrarrápido que puede coincidir con la velocidad de estas reacciones y estos expertos lograron iniciar la fotosíntesis y luego tomar imágenes del proceso en tiempo real.

   Los investigadores trabajaron con Charles Yocum, profesor emérito en el Departamento de Biología Molecular, Biología Celular y del Desarrollo y el Departamento de Química en el Colegio de Literatura, Ciencias y Artes de UM para extraer lo que se llaman los centros de reacción del fotosistema II de las hojas. Situados en los cloroplastos de las células vegetales, el fotosistema II es el grupo de proteínas y pigmentos que hace el trabajo pesado en la fotosíntesis y es también la enzima natural que se sabe que utiliza la energía solar para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno.

ESPINACAS

   Para obtener una muestra, los investigadores compraron una bolsa de hojas de espinaca en una tienda de comestibles. "Quitamos los tallos y las venas, las pusimos en la licuadora y luego realizamos varias etapas de extracción para eliminar suavemente los complejos de proteínas de la membrana. Este sistema en particular es de gran interés para las personas debido a que el proceso de separación de la carga se produce de forma muy eficiente", dice.

   "En los materiales artificiales, tenemos un montón de buenos absorbentes de luz y sistemas que pueden generar la separación de carga, pero es difícil mantener esa separación el tiempo suficiente para extraerla haciéndola útil. En el centro de reacción del fotosistema II, ese problema está muy bien resuelto", añade.

   Los investigadores utilizaron su método espectroscópico único para excitar los complejos del fotosistema II y examinar las señales que se produjeron, de forma que obtuvieron conocimientos acerca de las vías en las hojas que recogen energía y carga.

   "Podemos rastrear cuidadosamente lo que está pasando -subraya Ogilvie--. Podemos ver qué energía se transfiere y cuándo se ha producido la separación de carga". Las señales espectroscópicas que capturaron contenían ecos de larga duración, que revelaban movimientos vibratorios específicos que ocurrieron durante la separación de la carga.

   "Lo que hemos encontrado es que cuando la distancia en el nivel de energía se encuentran cerca de las frecuencias de vibración, se puede obtener una mayor separación de la carga", detalla Ogilvie. Esta experta prevé utilizar esta información para alterar el diseño del proceso en los materiales que tienen la estructura vibracional y electrónica apropiada para imitar este proceso de separación de carga altamente eficiente.