Las plantas son muy eficientes para convertir fotones en electrones. Pero el transporte de estos electrones es un proceso caótico, Los científicos de la Universidad de Groningen han descubierto. Utilizaron dinámica molecular para visualizar el funcionamiento del fotosistema II y publicaron sus resultados el 10 de mayo en Comunicaciones de la naturaleza .

Las plantas y algunas bacterias usan el complejo del fotosistema II (PSII) para convertir fotones en electrones libres, que son transportados por la molécula plastoquinona al siguiente paso de la cadena. Después de varios pasos, estos electrones se utilizan para producir el portador de energía universal de las células, ATP. Pero lo que se desconocía es cómo entra y sale la plastoquinona del complejo PSII para realizar su tarea vital.

Bloque sólido

"La estructura del PSII ya se conocía. Con base en esta estructura estática, se infirió que existen dos canales por donde entra y sale la plastoquinona, "explica Siewert-Jan Marrink, profesor de dinámica molecular en la Universidad de Groningen. "Pero resulta que no es tan simple". Marrink, su Ph.D. El estudiante Floris van Eerden y sus colegas utilizaron la dinámica molecular para estudiar la interacción del PSII y la plastoquinona. Esto significó modelar el enorme complejo PSII, que consta de varias proteínas y otras moléculas asociadas en un enorme grupo de computadoras y calcula las interacciones de las diferentes partes.

Floris van Eerden hizo la mayor parte del modelaje. "Se necesitaron unos dos años para poner todo en funcionamiento, ", explica. No modeló solo el complejo, pero también la membrana lipídica en la que se fija como parte de los cloroplastos. En primer lugar, los resultados no parecían prometedores. "PSII es muy estable, por lo que se queda ahí como un bloque sólido, ", dice Van Eerden. Pero al mirar con más detalle, surgió una imagen más dinámica:las moléculas de plastoquinona en particular resultaron ser muy móviles. "En su estado no reducido, sin los electrones extra, la plastoquinona entró en el complejo PSII y permaneció en la 'cavidad de intercambio, 'donde se dirigió. Y después de haber recogido electrones, abandonó este sitio ".

Agricultura

La sorpresa fue la forma aparentemente descoordinada en la que sucede. "La idea en el campo era que había dos canales a través de los cuales podía pasar la plastoquinona:uno sería la entrada, el otro la salida, "dice Marrink. Al final resultó que, había tres canales, que podrían utilizarse para entrar o salir del complejo. "La naturaleza resultó ser menos ordenada de lo que habíamos asumido".

Cualquier molécula de plastoquinona en la membrana entraría rápidamente en el complejo PSII, pero podría volver a dejarlo sin electrones, o flotar dentro del complejo por un tiempo antes de finalmente unirse en la cavidad de intercambio, donde podría aceptar electrones. Marrink dice:"Todo está muy dominado por la entropía".

Todavía, todo el proceso de conversión de un fotón capturado en un electrón, que luego se mueve a través de la tubería para producir el portador de energía celular universal ATP es extremadamente eficiente. Más que los sistemas fotovoltaicos artificiales. Quizás podamos aprender algo de la naturaleza. Y la agricultura podría beneficiarse a largo plazo de los nuevos conocimientos sobre el funcionamiento del PSII. "Muchos herbicidas actúan sobre este sistema, "dice Van Eerden. Pero en general, está desentrañando un poco la asombrosa complejidad del sistema que entusiasma a los científicos. "Es realmente asombroso, "concluye Marrink.