01.06.2021 - Max-Planck-Institut für Kohlenforschung

Los investigadores revelan otro secreto de la fotosíntesis

El isomerismo químico en el catalizador de división del agua de la naturaleza puede explicar la alta eficiencia de la reacción fotosintética

A menudo se dice que el hidrógeno verde es "el petróleo del mañana". Para que el suministro de energía sea neutro desde el punto de vista climático en el futuro, debemos abandonar las fuentes basadas en el carbono y aprovechar los combustibles solares. El camino que queda por recorrer es largo y requiere, entre otras cosas, un conocimiento preciso de los principios funcionales de la fotosíntesis biológica, ya que ésta actúa como un plano de los procesos químicos. El grupo de Pantazis, del Instituto Max-Planck de Investigación sobre el Agua de Mülheim, está haciendo una contribución fundamental a este objetivo con sus estudios sobre la oxidación del agua. El equipo está investigando la estructura y el modo de acción del catalizador biológico que realiza la división del agua en las plantas. Los investigadores han descubierto ahora un isomerismo inesperado en el catalizador de la división del agua, que redefine la comprensión de la oxidación biológica del agua.

Los isómeros del clúster de tetramanganeso-calcio impulsan la reacción en pasos paralelos

Su informe, publicado ahora en la revista Angewandte Chemie, se centra en un tipo de isomería en el catalizador de Nature que nunca se había observado. En concreto, utilizando la química cuántica avanzada en combinación con la espectroscopia de resonancia paramagnética de electrones (EPR), el equipo descubrió que el catalizador no tiene una estructura única en su estado de "reposo" (el estado "S1"), sino que existe en dos formas isoméricas. Los investigadores denominan a estas estructuras "isómeros orientativos de Jahn-Teller". Describen que uno de los cuatro iones de manganeso puede distorsionarse (alargarse) en dos direcciones diferentes, y que ambas direcciones dan lugar a formas estables del catalizador que existen simultáneamente.

Este hecho significa que, dependiendo de la dirección de la deformación, el avance al siguiente paso del ciclo catalítico puede producirse por la oxidación de diferentes iones metálicos, lo que a su vez crea dos nuevas formas del catalizador con diferente distribución de electrones. Como resultado, los investigadores concluyen que el ciclo catalítico de la oxidación natural del agua no es una simple secuencia de pasos intermedios, sino que se trata de un ciclo "doble" o "bifilar" desde el principio, con componentes isoméricos que avanzan en paralelo. "Cada paso intermedio tiene dos formas, una mayor y otra menor, de las cuales sólo la forma menor puede ser activa. Esto probablemente ayuda a la enzima a evitar reacciones secundarias no deseadas y a conseguir su altísima selectividad", explica el jefe del grupo, el Dr. Dimitrios Pantazis. Aunque todavía no está claro cómo ha evolucionado la naturaleza esta notable característica mecánica, el descubrimiento de los investigadores de Mülheim desvela un importante misterio de la fotosíntesis y ofrece a los químicos sintéticos nuevas ideas sobre el control estereoelectrónico en la división catalítica del agua.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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