Los científicos mejoran una enzima fotosintética al anexar fluoróforos

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Dada la naturaleza finita de las reservas de combustibles fósiles y los devastadores impactos ambientales de depender de los combustibles fósiles, el desarrollo de fuentes de energía limpia es uno de los desafíos más urgentes que enfrenta la civilización industrial moderna. La energía solar es una opción atractiva para la energía limpia, pero la implementación a gran escala de tecnologías de energía solar dependerá del desarrollo de formas eficientes de convertir la energía luminosa en energía química.

Como muchos otros grupos de investigación, los miembros del equipo de investigación del profesor Takehisa Dewa en el Instituto de Tecnología de Nagoya en Japón han recurrido a los sistemas fotosintéticos biológicos, que son, en palabras del Prof. Dewa, «una fuente de inspiración y un objetivo para probar formas de mejorar la eficiencia de los sistemas artificiales». Específicamente, optaron por centrarse en la bacteria fotosintética púrpura Rhodopseudomonas palustris, que utiliza un complejo de recolección de luz biohíbrido de 1 reacción central (LH1-RC) para capturar la energía de la luz y convertirla en energía química.

En sus estudios iniciales de R. palustris, el grupo del profesor Dewa notó rápidamente que el sistema LH1-RC tiene algunas limitaciones, como la capacidad de recolectar energía luminosa de manera eficiente solo dentro de una banda de longitud d ‘onda relativamente estrecha debido a su dependencia de clorofilas (bacteria). , un solo grupo de pigmentos orgánicos captadores de luz (B875, llamado así por su máxima absorción). Para superar esta limitación, los investigadores, en colaboración con colaboradores de la Universidad de Osaka y la Universidad de Ritsumeikan, experimentaron con la vinculación covalente del sistema LH1-RC a una serie de fluoróforos (Alexa647, Alexa680, Alexa750 y ATTO647N). Los resultados de sus experimentos aparecen en un artículo publicado en un número reciente de Revista de fotoquímica y fotobiología A: Química.

Después de sintetizar su sistema LH1-RC modificado, el equipo del Prof. Dewa utilizó un método llamado «espectroscopia de absorción transitoria de femtosegundos» para confirmar la presencia de una transferencia ultrarrápida de «energía de excitación» de los fluoróforos a los pigmentos de la bacteria clorofila a. En el ensamblaje B875 . También confirmaron la posterior aparición de reacciones de «separación de carga», un paso clave en la recolección de energía. Como era de esperar, la tasa de transferencia de energía de excitación aumentó con una mayor superposición espectral entre las bandas de emisión de los fluoróforos y la banda de absorción de B875. La conexión de fluoróforos captadores de luz externos mejoró el rendimiento máximo de la enzima separadora de carga y la actividad de generación de fotocorriente en un electrodo dentro de un sistema de bicapa lipídica artificial.

Al introducir fluoróforos unidos covalentemente en una enzima fotosintética bacteriana, el equipo del profesor Dewa pudo ampliar la banda de la enzima de longitudes de onda de luz coleccionables. Esta es una mejora importante dada la densidad de energía extremadamente baja de la luz solar. «Este descubrimiento podría allanar el camino para el desarrollo de un sistema de fotosíntesis artificial eficiente para la conversión de energía solar», señala el prof. Dewa. «La investigación biohíbrida debería proporcionar información sobre el desarrollo de sistemas de conversión de energía implementables, ofreciendo así a la civilización moderna avanzada una opción práctica para acceder a un suministro inagotable de energía solar limpia», añade.

Los sistemas de conversión de energía en cuestión pueden adoptar muchas formas, incluidos varios nanomateriales, como puntos cuánticos y materiales nanocarbonados, pero una característica unificadora será la necesidad de una forma de conectar un aparato de captación de luz de amplio espectro a un aparato. Generador de fotocorriente, y el sistema de tipo biohíbrido desarrollado por el equipo del Prof. Dewa proporciona un medio viable para abordar esta necesidad.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Nagoya. Nota: El contenido se puede cambiar según el estilo y la longitud.

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