viernes, junio 21, 2024
 

Descubren nuevos secretos de la fotosíntesis que podrían conducir a nuevas formas de generar energía renovable

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Aunque la fotosíntesis es uno de los procesos más conocidos y estudiados en la Tierra, todavía tiene secretos por revelar. Liderados por científicos de la Universidad de Cambridge, un equipo internacional de físicos, químicos y biólogos ha descubierto nuevas formas de extraer energía del proceso, lo que en el futuro podría conducir a nuevas formas de generar combustible limpio y energía renovable.

La fotosíntesis es el proceso mediante el cual las plantas, algas y algunas bacterias convierten la luz solar en energía. Utilizando técnicas espectroscópicas ultra-rápidas, los científicos descubrieron que los químicos que pueden extraer electrones de las estructuras moleculares responsables de la fotosíntesis lo hacen en las etapas iniciales, en lugar de mucho más tarde, como se pensaba anteriormente. Este «rewiring» de la fotosíntesis podría mejorar la forma en que maneja el exceso de energía y crear formas más eficientes de utilizar su poder. Los resultados se publicaron en la revista Nature.

La Dra. Jenny Zhang, del Departamento de Química Yusuf Hamied de Cambridge, quien coordinó la investigación, dijo: «No sabíamos tanto sobre la fotosíntesis como pensábamos, y la nueva vía de transferencia de electrones que encontramos aquí es completamente sorprendente». Aunque la fotosíntesis es un proceso natural, los científicos también la han estudiado para ayudar a abordar la crisis climática, imitando los procesos fotosintéticos para generar combustibles limpios a partir de la luz solar y el agua, por ejemplo.

Zhang y sus colegas intentaban entender por qué una molécula en forma de anillo llamada quinona puede «robar» electrones de la fotosíntesis. Las quinonas son comunes en la naturaleza y pueden aceptar y ceder electrones fácilmente. Los investigadores utilizaron una técnica llamada espectroscopía de absorción transitoria ultra-rápida para estudiar cómo se comportan las quinonas en las cianobacterias fotosintéticas.

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Según Zhang, «nadie había estudiado adecuadamente cómo esta molécula interactúa con la maquinaria fotosintética en un punto tan temprano de la fotosíntesis: pensábamos que solo estábamos usando una nueva técnica para confirmar lo que ya sabíamos. En cambio, encontramos una vía completamente nueva y abrimos un poco más la caja negra de la fotosíntesis».

Encontraron que el andamio de proteínas donde tienen lugar las reacciones químicas iniciales de la fotosíntesis tiene fugas, lo que permite que escapen los electrones. Esta fuga podría ayudar a las plantas a protegerse del daño causado por la luz brillante o que cambia rápidamente.

«La física de la fotosíntesis es seriamente impresionante», dijo el co-primer autor, el Dr. Tomi Baikie, del Laboratorio Cavendish de Cambridge. «Normalmente, trabajamos en materiales altamente ordenados, pero observar el transporte de carga a través de las células abre oportunidades notables para nuevos descubrimientos sobre cómo opera la naturaleza».

«Dado que los electrones de la fotosíntesis se dispersan por todo el sistema, eso significa que podemos acceder a ellos», dijo la coautora, la Dra. Laura Wey, quien hizo el trabajo en el Departamento de Bioquímica y ahora trabaja en la Universidad de Turku. Finlandia. «El hecho de que no supiéramos que existía este camino es emocionante porque podríamos aprovecharlo para extraer más energía para las energías renovables».

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Los investigadores dicen que poder extraer cargas en un punto anterior del proceso de fotosíntesis podría hacer que el proceso sea más eficiente al manipular las vías fotosintéticas para generar combustibles limpios del sol. Además, la capacidad de regular la fotosíntesis podría significar que los cultivos podrían tolerar mejor la luz solar intensa.

“Muchos científicos han tratado de extraer electrones de un punto anterior de la fotosíntesis, pero dijeron que no era posible porque la energía está enterrada en el andamio de proteínas”, dijo Zhang. “El hecho de que podamos robarlos en un proceso anterior es alucinante. Al principio, pensamos que habíamos cometido un error: nos tomó un tiempo convencernos de que lo habíamos hecho”.

El uso de la espectroscopía ultra-rápida permitió a los investigadores seguir el flujo de energía en las células fotosintéticas vivas en una escala de femtosegundos (una milésima de billonésima de segundo), lo que les permitió entender más sobre los eventos tempranos en la fotosíntesis, que son vitales para la vida en la Tierra.

 
 
 

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