Biotecnología

Los científicos desentrañan los misterios de la fotosíntesis.

Los científicos han resuelto una parte crítica del misterio de la fotosíntesis, centrándose en los eventos iniciales ultrarrápidos a través de los cuales las  proteínas fotosintéticas capturan la luz y la utilizan para iniciar una serie de reacciones de transferencia de electrones.

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, todo con una notable eficiencia y resistencia.

No es de extrañar, entonces, que los científicos hayan intentado durante mucho tiempo comprender exactamente cómo lo hacen, con la esperanza de utilizar este conocimiento para mejorar dispositivos hechos por el hombre, como paneles solares y sensores.

Científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de 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 cuales las proteínas fotosintéticas captura la luz y la usa 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 la estabilización de la misma, 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 una valiosa información 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: la reingeniería de la separación de la carga primaria 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 la utilización de los caminos, habilitando el que estaba inactivo mientras que deshabilita el otro.

«Es notable que hayamos logrado cambiar la dirección de la transferencia inicial de electrones», dijo Christine Kirmaier, químico de la Universidad de Washington y líder del proyecto. «En la naturaleza, el electrón eligió una ruta 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 del tiempo. 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 dispositivos alimentados por energía solar, potencialmente haciéndolos mucho más pequeños.

 Tenemos una tremenda oportunidad aquí para abrir disciplinas completamente nuevas de reacciones bioquímicas impulsadas por la luz, que no han sido previstas por naturaleza. Si podemos hacer eso, eso es enorme».

Mayor información: Philip D. Laible, Deborah K. Hanson, James C. Buhrmaster, Gregory A. Tira, et al. «Switching sides—Reengineered primary charge separation in the bacterial photosynthetic reaction center». Proceedings of the National Academy of Sciences, Published: 31 December 2019.

Suscríbete a Comunidad Biológica

Compártelo en tus redes sociales
Share on Facebook
Facebook
Tweet about this on Twitter
Twitter
Share on LinkedIn
Linkedin

Deja un comentario