Se ha adaptado una vía de reacción química fundamental para la biología vegetal para formar la columna vertebral de un nuevo proceso que convierte el agua en combustible de hidrógeno utilizando energía del sol.

En un estudio reciente del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), Los científicos han combinado dos complejos de proteínas unidos a la membrana para realizar una conversión completa de moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno.

El trabajo se basa en un estudio anterior que examinó uno de estos complejos de proteínas, llamado Fotosistema I, una proteína de membrana que puede utilizar la energía de la luz para alimentar electrones a un catalizador inorgánico que produce hidrógeno. Esta parte de la reacción sin embargo, representa solo la mitad del proceso total necesario para la generación de hidrógeno.

Al usar un segundo complejo de proteínas que usa energía de la luz para dividir el agua y tomar electrones de ella, llamado Fotosistema II, La química de Argonne Lisa Utschig y sus colegas pudieron tomar electrones del agua y alimentarlos al Fotosistema I.

"La belleza de este diseño radica en su simplicidad:puede autoensamblar el catalizador con la membrana natural para obtener la química que desee" —Lisa Utschig, Químico de argón

En un experimento anterior, los investigadores proporcionaron al Fotosistema I electrones de un donante de electrones de sacrificio. "El truco era cómo llevar dos electrones al catalizador en rápida sucesión, "Dijo Utschig.

Los dos complejos de proteínas están incrustados en membranas tilacoides, como los que se encuentran dentro de los cloroplastos que crean oxígeno en las plantas superiores. "La membrana, que hemos tomado directamente de la naturaleza, es esencial para emparejar los dos fotosistemas, ", Dijo Utschig." Estructuralmente es compatible con ambos simultáneamente y proporciona una vía directa para la transferencia de electrones entre proteínas. pero no impide la unión del catalizador al fotosistema I. "

Según Utschig, el esquema Z, que es el nombre técnico de la cadena de transporte de electrones activada por la luz de la fotosíntesis natural que se produce en la membrana tilacoide, y el catalizador sintético se unen con bastante elegancia. "La belleza de este diseño radica en su simplicidad:puede autoensamblar el catalizador con la membrana natural para obtener la química que desee, " ella dijo.

Una mejora adicional implicó la sustitución de catalizadores que contienen cobalto o níquel por el costoso catalizador de platino que se había utilizado en el estudio anterior. Los nuevos catalizadores de cobalto o níquel podrían reducir drásticamente los costos potenciales.

El siguiente paso de la investigación, según Utschig, implica incorporar el esquema Z unido a la membrana en un sistema vivo. "Una vez que tengamos en vivo sistema, uno en el que el proceso está sucediendo en un organismo vivo, realmente podremos ver el caucho golpear la carretera en términos de producción de hidrógeno, " ella dijo.