Pruebas estructurales para los intermedios durante la formación de O2 en el fotosistema II

Área de la Ciencia:

• La bioquímica
• Investigación de la fotosíntesis
• Biología estructural

Sus antecedentes:

• La fotosíntesis natural utiliza el fotosistema II y el cúmulo Mn$_{4}$CaO$_{5}$ para dividir el agua, generando energía.
• Este proceso implica estados intermedios (S$_{0}$ a S$_{4}$) en el ciclo de Kok, cruciales para la conversión de energía solar a química.
• Comprender la química de la formación de enlaces O-O es clave para la fotosíntesis artificial.

Objetivo del estudio:

• Proporcionar información estructural sobre el paso de reacción final del ciclo de oxidación del agua fotosintética (S$_{3}$→[S$_{4}$]→S$_{0}$).
• Para aclarar el mecanismo de la formación de oxígeno y el restablecimiento del ciclo de Kok.
• Observar los acontecimientos moleculares que ocurren en el cúmulo de MnO4 y las vías asociadas durante la oxidación del agua.

Principales métodos:

• Cristalografía de rayos X de femtosegundos en serie a temperatura ambiente.
• Análisis estructural con resolución de tiempo que captura eventos de micro a milisegundos.
• Análisis de los cambios en el cúmulo de Mn, ligandos y canales de agua.

Principales resultados:

• Se observaron cambios estructurales detallados durante la transición S$_{3}$→[S$_{4}$]→S$_{0}$.
• Un átomo de oxígeno adicional específico (O$_{x}$) desaparece o se reubica alrededor de 700 μs después del tercer destello, simultáneamente con la reducción de Y$_{z}$.
• La evolución del oxígeno comienza alrededor de 1.200 μs, indicada por una distancia Mn1-Mn4 acortada, lo que sugiere un intermediario de peróxido unido.

Conclusiones:

• El estudio proporciona instantáneas estructurales sin precedentes del paso final de división del agua en la fotosíntesis.
• Una secuencia compleja de eventos estructurales y de transferencia de protones rige la formación de O$_{2}$.
• Los hallazgos ofrecen información crítica sobre el mecanismo catalítico del clúster de Mn$_{4}$CaO_{5}$ para el desarrollo de la fotosíntesis artificial.