El cuello de botella electrón-protón de la evolución del oxígeno fotosintético

Área de la Ciencia:

• La bioquímica
• Investigación de la fotosíntesis
• La bioenergía

Sus antecedentes:

• La fotosíntesis convierte la energía solar en energía química, sustentando la vida.
• La atmósfera rica en oxígeno resultó de la división del agua por el fotosistema II.
• El estado S4, crucial para la formación de oxígeno, ha permanecido en gran parte sin caracterizar durante 50 años.

Objetivo del estudio:

• Para resolver el mecanismo del estado S4 en la formación de oxígeno fotosintético.
• Para aclarar el papel mecanicista crucial del estado S4.
• Para proporcionar una imagen atómica de la producción de oxígeno fotosintético.

Principales métodos:

• Seguimiento de 230.000 ciclos de excitación del fotosistema II usando espectroscopia infrarroja de microsegundos.
• La combinación de datos experimentales con la química computacional.
• Investigando el estado S4 y su papel en la oxidación del agua.

Principales resultados:

• Identificó el estado S4 como el estado radical de oxígeno.
• Se reveló que una vacante de protones se crea a través de la desprotonación de la cadena lateral cerrada.
• Se demostró que la formación de radicales de oxígeno ocurre a través de un evento lento de transferencia de un solo electrón y varios protones.
• Se observa la formación rápida de enlaces O-O y la liberación de O2 después de la estabilización del estado S4.

Conclusiones:

• Se ha establecido un mecanismo atómico detallado para la formación de oxígeno fotosintético.
• La formación del estado S4 es el paso más lento, caracterizado por una barrera de energía moderada y una desaceleración entrópica.
• Los hallazgos ofrecen información sobre un proceso biológico de 3 mil millones de años y guían el diseño de sistemas artificiales de división de agua.