Control de la transferencia de electrones acoplados a protones en relés fotosintéticos artificiales de inspiración...

Área de la Ciencia:

• Química bioorgánica
• Fotosíntesis artificial
• Transferencia de electrones acoplados a protones (PCET)

Sus antecedentes:

• El fotosistema II utiliza un relé redox TyrZ-His190 para una transferencia eficiente de electrones acoplados a protones (PCET).
• La imitación de los mecanismos biológicos del PCET es crucial para el desarrollo de sistemas fotosintéticos artificiales.
• Comprender la interacción entre la transferencia de protones y electrones es clave para la bioenergética.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y sintetizar construcciones de benzimidazol-fenol que imiten la red de enlaces H del relé TyrZ-His190.
• Investigar la influencia de los efectos de los sustituyentes en la distancia de translocación de protones en los procesos PCET.
• Explorar el potencial para controlar la transferencia de electrones acoplados a protones a través del diseño molecular.

Principales métodos:

• Síntesis de construcciones bioinspiradas de benzimidazol-fenol-N-fenilimina.
• Especto electroquímico infrarrojo (IRSEC) para detectar eventos de protonación.
• Cálculos de la Teoría Funcional de Densidad (DFT) para modelar las vías de transferencia electrónica y de protones.

Principales resultados:

• Se ha demostrado que los sustituyentes donantes de electrones promueven la transferencia de protones exergónicos, lo que conduce a un producto de dos protones (E2PT).
• Se demostró que los sustituyentes que retiran electrones favorecen un producto de un protón (EPT), limitando la translocación de protones.
• Se estableció una correlación lineal entre las constantes de Hammett sustitutivas, la fuerza de los enlaces H y los potenciales redox, con altos potenciales observados para la pareja radical fenoxilo/fenol.

Conclusiones:

• El diseño molecular, específicamente la sustitución de N-fenilimina, permite un control preciso de la distancia de translocación de protones (∼1.6 Å o ∼6.4 Å) en el PCET.
• Estos modelos de inspiración biológica sirven como plataformas valiosas para estudiar los mecanismos fundamentales de la PCET.
• Los hallazgos son significativos para avanzar en el desarrollo de sistemas fotosintéticos artificiales eficientes y comprender la conversión de energía biológica.