viernes, 25 de mayo de 2012

Científicos descubren un rompecabezas fotosintético

ORIGINAL: ANL
Por Jared Sagoff
21 de mayo 2012


La física cuántica y la biología de las plantas parecen como dos ramas de la ciencia que no podrían ser más diferentes, pero, sorprendentemente, que de hecho puede estar íntimamente ligadas.

Los investigadores del Laboratorio Nacional de Argonne del Departamento de Energía (DOE) de los EE.UU.  y del Laboratorio de Radiación de la Universidad de Notre Dame, utiliza la espectroscopía ultrarrápida para ver lo que sucede a nivel subatómico durante la primera etapa de la fotosíntesis. "Si usted piensa en la fotosíntesis como una maratón, estamos recibiendo una instantánea de cómo se ve un corredor justo cuando sale de los bloques de partida", dijo el bioquímico de Argonne David Tiede. "Estamos viendo la posibilidad de una interacción mucho más fundamental de lo que mucha gente consideraba antes".

Mientras que diferentes especies de plantas, algas y bacterias han desarrollado una variedad de distintos mecanismos para recoger energía de la luz, todos ellos comparten una característica conocida como un centro de reacción fotosintética. Pigmentos y proteínas que se encuentran en los organismos de ayuda de reacción centro realizar la etapa inicial de conversión de energía.

Estas moléculas de pigmento, o cromóforos, son responsables de la absorción de la energía transportada por la luz entrante. Después que de un fotón llega a la célula, excita uno de los electrones en el interior del cromóforo. A medida que se observa el paso inicial del proceso, los científicos de Argonne vieron algo que nadie había observado antes: un solo fotón parecía excitar cromóforos diferentes al mismo tiempo.

"El comportamiento que fueron capaces de ver a estas escalas de tiempo muy rápidas implica una mezcla mucho más sofisticado de los estados electrónicos", dijo Tiede. "Esto nos muestra que el alto nivel de los sistemas biológicos podrían ser usados en la física muy fundamentales de una manera que no parece probable o incluso posible."

Los efectos cuánticos observados en curso sugieren que de los experimentos naturales captadores de luz, los procesos implicados en la fotosíntesis puede ser más eficiente de lo que se indica en la biofísica clásica, dijo el químico Gary Wiederrecht del Centro de Argonne para materiales a nanoescala. "Esto nos deja preguntándonos: ¿cómo la madre naturaleza crear esta solución increíblemente elegante", dijo.

El resultado del estudio podría influir significativamente en los esfuerzos de los químicos y los nanocientíficos para crear materiales artificiales y dispositivos que pueden imitar los sistemas naturales fotosintéticos. Los investigadores aún tienen un largo camino por recorrer antes de que sean capaces de crear dispositivos que igualen la eficiencia de cosecha energética de una planta.

Una razón para esta deficiencia, Tiede explicó, es que los experimentos artificiales de fotosíntesis no han sido capaces de replicar la matriz molecular que contiene los cromóforos. "El nivel que nos encontramos en la fotosíntesis artificial es que podemos hacer los pigmentos y pegarlos juntos, pero no pueden duplicarse ninguna de las condiciones externas", dijo. "El siguiente paso es construir en este marco, y luego este tipo de efectos cuánticos pueden ser más evidentes."

Debido a que el momento en que el efecto cuántico se produce es de tan corta duración - menos de una billonésima de segundo - los científicos tienen dificultades para determinar fundamentos biológicos y físicos de su existencia en el primer lugar. "Nos hace preguntarnos si son realmente allí por accidente, o si nos están diciendo algo sutil y único acerca de estos materiales", dijo Tiede. "En cualquier caso, estamos llegando a los fundamentos de la primera etapa de conversión de energía en la fotosíntesis."

Un artículo basado en el estudio apareció en línea en el 12 de marzo cuestión de las Actas de la Academia Nacional de Ciencias. La investigación fue apoyada por la Oficina de Ciencia del DOE.

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