Científicos han resuelto una parte crítica del misterio de la fotosíntesis, centrados en cómo las proteínas fotosintéticas capturan la luz para desatar reacciones de transferencia de electrones.

«Para comprender cómo la biología alimenta todas sus actividades arraigadas, debe comprenderse la transferencia de electrones», dijo el biofísico de Argonne National Laboratory Philip Laible, autor principal del estudio publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences. «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 y coautora Deborah Hanson, en un comunicado.

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 estudio 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 «.

Fuente: EP