Un nuevo estudio sobre una molécula de clorofila recientemente descubierta podría ser clave para mejorar las células solares

Los científicos descubren por primera vez la ubicación y las funciones de un nuevo tipo de molécula de clorofila

23.01.2020 - Japón

Todos los organismos vivos necesitan energía para su supervivencia, y esta energía proviene indirectamente del sol. Algunos organismos, como las plantas, las cianobacterias, y las algas, son capaces de convertir directamente esta energía ligera en energía química a través de un proceso llamado "fotosíntesis". Estos organismos fotosintéticos contienen estructuras especiales para mediar la fotosíntesis, llamadas "fotosistemas". Hay dos fotosistemas que llevan a cabo reacciones de conversión de energía lumínica, cada uno de los cuales está compuesto por un número de proteínas y pigmentos. Entre los pigmentos fotosintéticos, la clorofila es el más crucial, ya que no sólo captura la energía de la luz del sol sino que también participa en la "cadena de transferencia de electrones", una vía molecular a través de la cual los fotones (de la luz solar) se convierten en electrones (que se utilizan como fuente de energía). Hay diferentes tipos de moléculas de clorofila, cada una con una función específica que va desde la absorción de la luz hasta la conversión en energía. Además, cada molécula de clorofila absorbe la luz en diferentes regiones. Recientemente se ha descubierto un nuevo tipo de clorofila llamada Chl f, pero los detalles como el lugar exacto en el que se encuentra y su funcionamiento han sido un misterio hasta ahora.

En un nuevo estudio publicado en Nature Communications, un equipo de investigadores dirigido por el Prof. Tatsuya Tomo de la Universidad de Ciencia de Tokio, Japón, e incluyendo investigadores colaboradores de la Universidad de Okayama, la Universidad de Tsukuba, la Universidad de Kobe y RIKEN, revelaron nuevos detalles sobre la ubicación y las funciones de Chl f. Querían conocer el complejo proceso de la fotosíntesis, ya que una comprensión profunda de este proceso podría tener varias aplicaciones futuras, como el desarrollo de células solares. Hablando del estudio, el profesor Tomo dice: "El curso inicial de la fotosíntesis comienza cuando el pigmento fotosintético unido a este complejo fotoquímico absorbe la luz. Analizamos la estructura de un complejo fotoquímico recién descubierto, el photosistema I con Chl f que tiene un máximo de absorción en el lado de menor energía de la luz (luz roja lejana). Además, analizamos la función de la fuga de Chl".

Lo que los científicos sabían hasta ahora era que el Chl f está "desplazado al rojo lejano", lo que significa que esta molécula absorbe la luz roja lejana del extremo inferior del espectro de luz. El Prof. Tomo y su equipo quisieron profundizar más y para ello estudiaron el alga en la que se descubrió el Chl f por primera vez. Utilizando técnicas como la microscopía crioelectrónica, analizaron en detalle la estructura de alta resolución del fotosistema de esta alga y encontraron que el Chl f se encuentra en la periferia del fotosistema I (uno de los dos tipos de fotosistema) pero no está presente en la cadena de transferencia de electrones. También encontraron que la luz roja lejana causa cambios estructurales en el fotosistema, que se acompañan de la síntesis de Chl f en las algas, lo que les llevó a concluir que Chl f causa estos cambios estructurales en el fotosistema I. Esto fue emocionante, ya que este hallazgo es el primero que explica cómo funciona exactamente Chl f. El profesor Tomo dice: "Nuestros hallazgos revelaron que la aparición de Chl f está bien correlacionada con la expresión de los genes del fotosistema I inducidos bajo luz roja lejana". Esto indica que Chl f funciona para recoger la luz roja lejana y mejorar la transferencia de energía cuesta arriba. También encontramos que la secuencia de aminoácidos del fotosistema I fue alterada para acomodar la estructura del Chl f".

La comprensión de las complejidades de la fotosíntesis tiene varias aplicaciones importantes. Por ejemplo, la imitación del proceso de fotosíntesis en un sistema artificial es un método elegante para capturar la energía solar y convertirla en electricidad. El profesor Tomo explica: "Aproximadamente la mitad de la energía solar que cae sobre la tierra es luz visible, y la otra mitad es luz infrarroja. Nuestra investigación propone un mecanismo que puede utilizar la luz en el espectro de energía más bajo, lo cual nunca se ha visto antes. Nuestros hallazgos muestran cómo mejorar la eficiencia de la transferencia de energía en la fotosíntesis y, por extensión, también proporcionan importantes conocimientos sobre la fotosíntesis artificial".

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