Una vía de reacción química central para la biología vegetal se ha adaptado para formar la columna vertebral de un nuevo proceso que convierte el agua en combustible de hidrógeno utilizando la 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 unidas a la membrana para realizar una conversión completa de las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno.
El trabajo se basa en un estudio anterior que examinó uno de estos complejos de proteínas, llamado Photosystem I, una proteína de membrana que puede usar energía de la luz para alimentar electrones a un catalizador inorgánico que produce hidrógeno. Sin embargo, esta parte de la reacción representasolo la mitad del proceso general 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, llamada Photosystem II, la química de Argonne Lisa Utschig y sus colegas pudieron tomar electrones del agua y alimentarlos al Photosystem I.
"La belleza de este diseño radica en su simplicidad: puede autoensamblar el catalizador con la membrana natural para realizar la química que desee", dijo Lisa Utschig, una química de Argonne.
En un experimento anterior, los investigadores proporcionaron a Photosystem I electrones de un donante de electrones sacrificado. "El truco era cómo llevar dos electrones al catalizador en rápida sucesión", dijo Utschig.
Los dos complejos de proteínas están incrustados en las membranas tilacoides, como las 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 ".Es estructuralmente compatible con ambos simultáneamente y proporciona una vía directa para la transferencia de electrones entre proteínas, pero no impide la unión del catalizador al Photosystem I. "
Según Utschig, el esquema Z, que es el nombre técnico de la cadena de transporte de electrones desencadenada por la luz de la fotosíntesis natural que ocurre en la membrana tilacoidea, y el catalizador sintético se unen con bastante elegancia ". La belleza de estoel diseño es simple: puede autoensamblar el catalizador con la membrana natural para obtener la química que desea ", 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 para la investigación, según Utschig, consiste en incorporar el esquema Z unido a la membrana en un sistema vivo. "Una vez que tengamos un in vivo sistema - uno en el que el proceso está ocurriendo en un organismo vivo - realmente podremos ver el caucho golpeando el camino en términos de producción de hidrógeno ", dijo.
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Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Argonne . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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