Desentrañando la fotosíntesis

Investigadores del Caltech creen haber explicado uno de los misterios que aún restan sobre la fotosíntesis, el proceso químico mediante el cual las plantas convierten la luz del Sol en energía útil y generan el oxígeno que respiramos. El descubrimiento sugiere una nueva forma de enfocar el diseño de catalizadores que dirijan las reacciones de división del agua en fotosíntesis artificial.

Una de las piezas clave en la maquinaria biológica que permite la fotosíntesis es un conglomerado de proteínas y pigmentos llamado fotosistema II. Dentro de ese sistema yace un pequeño grupo de átomos, llamado complejo de oxígeno en evolución, donde las moléculas de agua se dividen y se crea el oxígeno molecular. Aunque este proceso de producción de oxígeno ha sido extensamente estudiado, el papel de varias de las partes del grupo aún no está claro.

Dicho complejo lleva a cabo una reacción que requiere la transferencia de electrones, convirtiéndolo en un ejemplo de lo que se conoce como una redox, o una reacción de oxidación-reducción. El grupo puede ser descrito como un "grupo de metales mezclados" porque además del oxígeno, incluye dos tipos de metales, un que es activo redox, o capaz de participar en la transferencia de electrones (en este caso, manganeso), y otro que es redox inactivo (calcio). Ya que el calcio es redox inactivo, los científicos se han preguntado que papel podría jugar en este grupo.

Ha sido complicado resolver este misterio en parte porque el complejo de oxígeno en evolución es solo una parte de una maquina más grande que es el fotosistema II. Es complicado estudiar la pieza más pequeña porque hay mucha actividad en el conjunto. Para superar esto, los investigadores prepararon una serie de compuestos se están estructuralmente relacionados con el complejo del oxígeno en evolución. Primero construyeron sobre un andamio orgánico de manera gradual, añadiendo primero tres centros de manganeso y luego uniendo un cuarto metal. Mediante la variación del cuarto metal entre calcio y otros diferentes metales redox inactivos tales como estroncio, sodio, itrio, y zinc, los investigadores fueron capaces de comparar los efectos de los metales en las propiedades químicas del compuesto.

Parece ser que los metales redox inactivos afectan a la manera en que los electrones son transferidos en dichos sistemas. Para hacer oxígeno molecular, los átomos de manganeso deben activar los átomos de oxígeno conectados a los metales en el complejo. Con el fin de hacer esto, los átomos de manganeso deben primero transferir fuera varios electrones. Los metales redox inactivos que tiran con más fuerza de los electrones de los átomos de oxígeno dificultan la labor del manganeso, pero el calcio no extrae electrones fuertemente para si mismo, por tanto, permite a los átomos de manganeso transferir fuera electrones y activar átomos de oxígeno para que continúen creando oxígeno molecular.

Via Caltech