Durante la notable cascada de eventos de la fotosíntesis, plantas acercan el pináculo de la tacañería por borrado casi cada fotón de energía luminosa disponible para producir alimentos.
Aún después de muchos años de investigación cuidadosa en sus mecanismos exactos, algunas cuestiones clave siguen siendo acerca de este proceso biológico fundamental que soporta toda la vida en la tierra.
Ahora, un equipo de investigación dirigido por Neal Woodbury, un científico de ASU Biodesign Institute, ha llegado con una nueva visión en el mecanismo de la fotosíntesis, lo que implica el movimiento orquestado de proteínas en el plazo de una millonésima de una millonésima de segundo. Sus resultados se describen en "Proteína Dynamics Control la cinética de inicial electrón transferencia en fotosíntesis," en la revista Science el 4 de mayo.
"Los estudios que condujeron a este trabajo iniciado cuando Jim Allen y yo miraba uno de nuestros mutantes y pensaba que nuestro espectrómetro se rompió hace 20 años", dijo Woodbury. "Ese mutante resultó para ser la primera de una larga serie de mutaciones que sistemáticamente alterado la energía de la reacción inicial." Desde entonces, Woodbury y sus colegas han logrado arrojar luz sobre un proceso asombroso que proporciona la fuente de alimentación principal de la tierra.
Para obtener un vistazo a lo que sucedía durante la fotosíntesis, el equipo utilizó una bacteria fotosintética púrpura bien estudiada, llamada Rhodobacter sphaeroides. Este tipo de organismo fue probablemente una de las primeras bacterias fotosintéticas a evolucionar. Los investigadores centraron sus esfuerzos por estudiar en el centro de la escena de la fotosíntesis, el centro de reacción, donde se canalizaron energía lumínica en clorofila especializado proteínas de enlace.
El libro de texto imagen de fotosíntesis representa las proteínas del centro de reacción como un andamio, celebración de moléculas de clorofila en una distancia muy optimizado y orientación para que los electrones pueden salto de clorofila de uno a otro. Con las clorofilas en sólo la posición correcta, cualquier movimiento de proteína sistemática se pensaba que sólo un producto lateral de electrones entre moléculas de clorofila.
Woodbury y sus colegas intentaron descubrir más del mecanismo físico conducción fotosíntesis creando mutantes que teóricamente podrían modificar las relaciones de transferencia de electrones entre moléculas en el centro de reacción.
"Después de años de fracaso tratando de romper el sistema cambiando la energética, nos quedamos con la molesta cuestión de cómo siguió trabajando tan bien," dijo Woodbury, ASU profesor de química y bioquímica y director del centro de Biodesign de nanotecnología Bio-óptico.
Los investigadores comenzaron a pulgada más cercano a una respuesta cuando Wang, un asociado de investigación postdoctoral en el laboratorio de Woodbury, notó algo en común con todos los diferentes mutantes. Cuando se utiliza un nuevo modelo basado en la cinética de reacción-difusión, Wang vio que las curvas que representan la rapidez electrones que se mueven en el centro de reacción tenían una forma similar. "Decidió que debe existir algún tipo de principio físico subyacente involucrado", dijo Woodbury.
No muchos grupos de investigación están equipados para medir los primeros eventos en la fotosíntesis debido a la escala de tiempo muy corto, similar a la cantidad de tiempo que tarda una supercomputadora para llevar a cabo un único fracaso. Wang fue capaz de utilizar las instalaciones de láser ultrarrápido (financiada por la National Science Foundation), que actúa como una cámara de alta velocidad de movimiento de imagen que puede capturar los datos de estas reacciones rapidísimas.
"Se trató de un experimento realmente difícil, y fue realmente capaz de medir el movimiento de proteínas y coinciden en la transferencia de electrones," dijo Woodbury. Este descubrimiento ayudó a los investigadores a comprender por qué cambiar la energética no noquear de fotosíntesis.
El movimiento de las proteínas del centro de reacción durante la fotosíntesis permite que las plantas o bacterias para aprovechar la energía lumínica eficaz incluso si las condiciones no son óptimas. Así, mientras que Woodbury y colegas dificultan la fotosíntesis trabajar, las proteínas fueron capaces de compensar moviendo y guiar con energía los electrones a través de su circuito biológico.