Vibraciones en las hojas mejoran la eficiencia de la fotosintesis

Biofisicos de la Universidad de Michigan han usado cortos pulsos de luz para investigar la mecanica de la fotosintesis y definir el papel que las vibraciones moleculares juegan en la conversion de energia que alimenta la vida en nuestro planeta.

Los hallazgos, publicados en Nature Chemistry, podrian potencialmente ayudar a los ingenieros a hacer celulas solares y sistemas de almacenamiento de energia mas eficientes, ademas de aportar pruebas nuevas a un debate en curso de biologia cuantica sobre como se las arregla exactamente la fotosintesis para ser tan eficiente.

A traves de la fotosintesis, las plantas y algunas bacterias convierten la luz solar, el agua y el dioxido de carbono en alimentos para si mismos y oxigeno para que los animales respiren. Quizas, es el proceso bioquimico mas importante en la Tierra, pero los cientificos aun no entienden completamente como funciona.

Los sistemas fotosinteticos biologicos y artificiales absorben luz y la convierten en energia. En el caso de la fotosintesis natural, la separacion de la carga conduce a energia bioquimica. En los sistemas artificiales, queremos coger esa separacion de carga y utilizarla para generar electricidad o alguna otra fuente de energia como los biocombustibles, explica Jennifer Ogilvie, profesora asociada de Fisica y Biofisica en la Universidad de Michigan y autora principal de un articulo sobre los resultados que se publicara este domingo en Nature Chemistry.

Se tarda alrededor de un tercio de segundo en abrir y cerrar los ojos y la separacion de esa carga ocurre en aproximadamente una centesima de milmillonesima de esa cantidad de tiempo. Ogilvie y su grupo de investigacion desarrollaron un experimento con laser de pulso ultrarrapido que puede coincidir con la velocidad de estas reacciones y estos expertos lograron iniciar la fotosintesis y luego tomar imagenes del proceso en tiempo real.

Los investigadores trabajaron con Charles Yocum, profesor emerito en el Departamento de Biologia Molecular, Biologia Celular y del Desarrollo y el Departamento de Quimica en el Colegio de Literatura, Ciencias y Artes de UM para extraer lo que se llaman los centros de reaccion del fotosistema II de las hojas. Situados en los cloroplastos de las celulas vegetales, el fotosistema II es el grupo de proteinas y pigmentos que hace el trabajo pesado en la fotosintesis y es tambien la enzima natural que se sabe que utiliza la energia solar para dividir el agua en hidrogeno y oxigeno.

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 extraccion para eliminar suavemente los complejos de proteinas de la membrana. Este sistema en particular es de gran interes para las personas debido a que el proceso de separacion de la carga se produce de forma muy eficiente, dice.

En los materiales artificiales, tenemos un monton de buenos absorbentes de luz y sistemas que pueden generar la separacion de carga, pero es dificil mantener esa separacion el tiempo suficiente para extraerla haciendola util. En el centro de reaccion del fotosistema II, ese problema esta muy bien resuelto, añade.

Los investigadores utilizaron su metodo espectroscopico unico para excitar los complejos del fotosistema II y examinar las señales que se produjeron, de forma que obtuvieron conocimientos acerca de las vias en las hojas que recogen energia y carga.

Podemos rastrear cuidadosamente lo que esta pasando -subraya Ogilvie. Podemos ver que energia se transfiere y cuando se ha producido la separacion de carga. Las señales espectroscopicas que capturaron contenian ecos de larga duracion, que revelaban movimientos vibratorios especificos que ocurrieron durante la separacion de la carga.

Lo que hemos encontrado es que cuando la distancia en el nivel de energia se encuentran cerca de las frecuencias de vibracion, se puede obtener una mayor separacion de la carga, detalla Ogilvie. Esta experta preve utilizar esta informacion para alterar el diseño del proceso en los materiales que tienen la estructura vibracional y electronica apropiada para imitar este proceso de separacion de carga altamente eficiente.

FUENTE: europapress.es