Los científicos se ponen al día sobre los secretos de las algas fotosintéticas para captar la luz

December 23, 2016 Desde hace millones de años, las algas fotosintéticas han ido perfeccionando su técnica para captar la luz.

Como resultado, sus sistemas de captación de luz (proteínas que absorben la luz para convertirlas en energía) son tan potentes que los científicos han intentado comprenderlos e imitarlos para utilizarlos en aplicaciones de energías renovables.

Ahora, investigadores de la Universidad de Princeton han revelado un mecanismo que que mejora la capacidad de captación de luz del alga criptófita Chroomonas mesostigmatica. Sus hallazgos, publicados recientemente en la revista Chem, aportan información valiosa para el diseño de sistemas artificiales de captación de luz como sensores moleculares y colectores de energía solar.

Las algas criptófitas suelen vivir debajo de organismos que absorben la mayor parte de los rayos solares. rayos solares. Como resultado, han evolucionado para prosperar en aquellas longitudes de onda de luz que no buscan los organismos que están por encima de ellas. principalmente los colores amarillo-verde.

Recogen esta energía luminosa amarillo-verde verde y la hacen pasar a través de una red de moléculas que la convierten en luz roja, algo que las moléculas de clorofila necesitan para realizar importante química fotosintética.

Los científicos siempre han estado fascinados e intrigados por la velocidad de la transferencia de energía. Sus predicciones eran siempre unas tres veces más lentas que las observadas.

"Las escalas de tiempo en que la energía se se mueve a través de la proteína, nunca pudimos comprender por qué el proceso tan rápido," dijo el autor correspondiente Gregory Scholes, Profesor de Química William S Tod Catedrático de Química de la Universidad de Princeton.

En 2010, su equipo descubrió que estos rápidos ritmos se debían a un fenómeno denominado coherencia cuántica, en el que las moléculas comparten excitación electrónica y transfieren energía según leyes de probabilidad leyes de probabilidad de la mecánica cuántica en lugar de la física clásica. Sin embargo no podían explicar exactamente cómo funcionaba la coherencia para acelerar las tasas... hasta ahora.

Utilizando un sofisticado método que permiten los láseres ultrarrápidos, los láseres ultrarrápidos, los investigadores midieron la absorción de luz de las flujo de energía a través del sistema.

En condiciones normales, las señales de absorción de absorción se solaparían, por lo que sería imposible asignarlas a moléculas del complejo proteínico; sin embargo, el equipo pudo afinar las señales enfriando las proteínas a temperaturas muy bajas, dijo el autor principal Jacob Dean, investigador postdoctoral del laboratorio de Scholes.

Los investigadores observaron el sistema mientras la energía se transfería de molécula a molécula, de la luz verde de alta energía a la luz roja de roja, y el exceso de energía se perdía en forma de energía vibracional. Esto demostró que un patrón espectral específico que era una "pistola humeante" para la resonancia vibracional (o coincidencia vibracional) entre las moléculas donante y aceptoras, dijo Dean.

Gracias a la coincidencia vibracional, la energía pudo transferirse mucho más rápido de lo que lo haría de otro modo, distribuyendo la excitación entre las moléculas. El efecto proporcionó un mecanismo para la coherencia coherencia cuántica.

Con esto en mente, los investigadores calcularon de nuevo su predicción y llegaron a una velocidad aproximadamente tres veces más rápida.

El laboratorio de Scholes se propone estudiar proteínas relacionadas para investigar si este mecanismo se encuentra en otros organismos fotosintéticos.

Con el tiempo, los científicos esperan desarrollar sistemas de captación de luz con una transferencia de energía perfecta, inspirados en las robustas proteínas de la luz.

"Este mecanismo es una declaración más de la optimalidad de estas proteínas," dijo Scholes.