Estimados Steemianos,
¿Alguna vez se han preguntado cómo se produce el oxígeno (O2) que respiramos? Probablemente, lo primero que viene a su mente es que este gas se genera durante el proceso de fotosíntesis a través las plantas, algas y cianobacterias. La respuesta es acertada, pero ¿cómo se produce realmente el O2 a nivel atómico en las plantas? Para responder a esta última pregunta tenemos que adentrarnos en los fundamentos de la fotosíntesis natural.
Algo tangible que podemos imaginar son las hojas de las plantas, las cuales contienen orgánulos como el cloroplasto. No entraremos en los detalles de todos los procesos bioquímicos que ocurren en este fenómeno, pero si nos enfocaremos en donde se produce específicamente el oxígeno molecular (O2). Retomando el tema, el cloroplasto tiene en su interior sacos aplanados llamados tilacoides, y es en la membrana de los tilacoides donde ocurre el fenómeno de Fotosíntesis (ver Figura 1) [1].
Figura 1. Esquema de la membrana tilacoidal donde se lleva cabo la fotosíntesis natural. En donde FSI y FSII (Fotosistemas I y II), PQ= Plastoquinona y PC=Plastocianina. Fuente: Imagen diseñada por 
Hive account@ritch.
Si profundizamos aún más de acuerdo a la ciencia de los materiales, en esta membrana tilacoidal se encuentra el fotosistema II (FSII) que se encarga de aprovechar la luz solar y transferir esa energía al complejo generador de oxígeno (OEC por sus siglas en inglés de oxygen-evolving complex), ver Figura 2. El OEC está constituido por los siguientes elementos (Mn4CaO5) y tiene la habilidad de disociar las moléculas de agua en sus componentes y liberar el O2 que respiramos [2].
Figura 2. Estructura molecular del complejo generador de oxígeno.
Fuente
Por otro lado, la fotosíntesis natural se representa mediante la ecuación: 6 H2O + 6 CO2 → C6H12O6 (glucosa) + 6 O2. Sin embargo, el proceso no es tan simple como parece. Debido a que se necesita la transferencia de energía en varias etapas, así como la oxidación de agua (ec. 1) en la fase lumínica y la reducción de dióxido de carbono en la fase oscura. Estas reacciones químicas que ocurren de forma natural son vitales para la preservación del planeta. Ya que nos proveen del oxígeno que respiramos y ayudan a regular las concentraciones de CO2 en el ambiente.
2 H2O → O2 + 4 H+ + 4 e− (ec. 1)
La investigación y desarrollo de fenómenos inspirados en la naturaleza es importante para lograr la sustentabilidad del planeta. Entre estos, la fotosíntesis artificial es de interés en el ámbito científico y tecnológico, debido a que a través de esta estrategia no solo se podrían reducir las emisiones de CO
2 sino que podría ser viable producir combustibles de valor agregado como metano y metanol a partir del dióxido de carbono.
A pesar de que se han logrado avances importantes en la síntesis de estructuras moleculares similares a la del complejo generador de oxígeno y en el entendimiento de sus propiedades, no se ha logrado obtener una estructura idéntica de este. En el siguiente post les compartiré los avances científicos sobre las estructuras sintéticas (fabricadas en el laboratorio) que se han propuesto para mimetizar el complejo generador de oxígeno a fin de lograr diseñar dispositivos de fotosíntesis artificial eficientes.
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Saludos cordiales,
Hive account@ritch
Referencias
[1] Nelson L.D., Cox M.M. (2008). Principles of biochemistry. W. H. Freeman and Company 5th edition, 742–762.
[2] J. Yano, J. Kern, K. Sauer, M.J. Latimer, Y. Pushkar, J. Biesiadka, B. Loll, W. Saenger, J. Messinger, A. Zouni, V.K. Yachandra. Where Water Is Oxidized to Dioxygen: Structure of the Photosynthetic Mn4Ca Cluster. Science, 314:821–825, 2006.
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