Descubren un Fotocatalizador para Fotosíntesis Artificial

Durante millones de años, las plantas verdes han empleado la fotosíntesis para capturar la energía de la luz solar y convertirla en energía electroquímica. Una meta que los científicos persiguen desde hace tiempo es desarrollar una versión artificial de la fotosíntesis que pueda usarse para producir combustibles líquidos a partir del dióxido de carbono y el agua. Unos investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (el Berkeley Lab) ahora han dado un paso crítico hacia esta meta con el descubrimiento de que los cristales de tamaño nanométrico de óxido de cobalto pueden llevar a cabo con eficacia la reacción fotosintética crítica de separar en sus componentes las moléculas de agua.

Heinz Frei, químico de la División de Biociencias Físicas del Berkeley Lab, condujo esta investigación con la colaboración de Feng Jiao.

Feng Jiao (izquierda) y Heinz Frei

La fotosíntesis artificial para la producción de combustibles líquidos ofrece la promesa de una fuente renovable, y neutra en carbono, de energía para el transporte, lo que significa que no se agotaría ni contribuiría al calentamiento global que resulta de quemar el petróleo y el carbón. La idea es mejorar el proceso que por largo tiempo ha servido a las plantas verdes y a ciertas bacterias, recurriendo a la estrategia de integrar en una sola plataforma sistemas que puedan capturar los fotones solares y sistemas catalizadores que puedan oxidar el agua; en otros términos, fabricar una hoja artificial.

La fotooxidación de las moléculas de agua en oxígeno, electrones y protones (los iones del hidrógeno) es un paso esencial en un sistema de fotosíntesis artificial.

La fotooxidación eficaz requiere de un catalizador que sea eficaz en su uso de los fotones solares y además lo bastante rápido para seguir el ritmo impuesto por el flujo solar, con el fin de evitar malgastar esos fotones. Los racimos de nanocristales de óxido de cobalto son suficientemente eficaces y rápidos, y también robustos (duran mucho tiempo) y abundantes. Cumplen, pues, perfectamente con la tarea.

Los investigadores creen que éste es un componente catalítico prometedor para desarrollar un sistema integrado viable de conversión de combustible solar.

Frei y Jiao van a llevar a cabo estudios adicionales para conocer mejor por qué los racimos de nanocristales de óxido de cobalto son fotocatalizadores eficaces y de gran velocidad, y también piensan buscar otros catalizadores eficaces de óxidos de metales.

Fuente:

www.newscenter.lbl.gov

Identifican Enzimas Vegetales de Gran Importancia

Científicos del Laboratorio Nacional Brookhaven han identificado enzimas que son importantes para la modificación de los isoflavonoides, productos naturales vegetales que ayudan a las plantas a resistir a las infecciones fúngicas, y que también pueden tener efectos benéficos para la salud humana. La investigación puede allanar el camino para el implante de las rutas de síntesis de los isoflavonoides en algunos cultivos con el fin de mejorar su resistencia a las enfermedades y prevenir de esta manera pérdidas en la producción agrícola.

En la naturaleza, los isoflavonoides se encuentran principalmente en las leguminosas, como la soja y la alfalfa, donde estos compuestos químicos mejoran la resistencia de ambas plantas a las enfermedades y ayudan a mantener las relaciones de simbiosis entre las leguminosas y los microorganismos que viven entre sus raíces, favoreciendo la producción de biomasa para todas las especies involucradas. Algunos estudios también sugieren que, cuando son consumidos por los humanos, estos productos naturales pueden ayudar a prevenir algunos tipos de cánceres, enfermedades cardíacas y síntomas de la menopausia, entre otros beneficios.

Identificar las enzimas precisas no es tarea sencilla. Las rutas de biosíntesis de los isoflavonoides son complejas, con muchos pasos y enzimas involucradas. Otro reto es que la acumulación de niveles elevados de productos intermediarios puede ser tóxica para los vegetales.



Las legumbres han desarrollado maneras de protegerse a sí mismas transformando a estos intermediarios para hacer posible su almacenamiento en vacuolas o en las paredes celulares. La enzima que realiza esta transformación vital era una de las que los investigadores deseaban encontrar.

El biólogo Chang-Jun Liu y sus colaboradores dedujeron que la enzima que les interesaba pertenecía con toda probabilidad a una gran familia de enzimas que intervienen en muchas funciones biológicas que afectan al crecimiento de las plantas, la biosíntesis, las modificaciones en las paredes celulares y la resistencia a las enfermedades. De modo que comenzaron su investigación buscando los genes que pudieran "instruir" a las células para fabricar las proteínas de esa familia.

Afortunadamente los genes de esta familia de proteínas comparten ciertas secuencias comunes de información genética. Empleando estas secuencias comunes como si fuesen referencias orientativas en un mapa de carreteras, los científicos indagaron en las bases de datos de genes de una planta leguminosa modelo, buscando los genes con "firmas" similares. Esta primera búsqueda tuvo como resultado 76 genes candidatos.

Basándose en posteriores análisis bioinformáticos y en pruebas de expresión de genes, estrecharon el cerco sobre nueve genes candidatos. Entonces implantaron estos nueve genes en cepas de la bacteria E. coli para producir las proteínas correspondientes, y pusieron a prueba la capacidad de estas proteínas de realizar la función enzimática requerida. Los científicos comprobaron que tres enzimas realizaban la reacción que andaban buscando: la transformación de intermediarios en la ruta de síntesis de los isoflavonoides, en variedades apropiadas para ser almacenadas añadiéndoles cadenas cortas basadas en el carbono.

El próximo paso fue probar estas tres enzimas en plantas. Los investigadores fueron capaces de confirmar que al menos una de las enzimas realizó la reacción para los isoflavonoides en esas plantas.

Además de identificar la enzima, los experimentos demostraron que los científicos fueron capaces de transplantar con éxito, a plantas no leguminosas, pasos cruciales en la ruta de síntesis de los isoflavonoides.

Fuente:

www.amazings.com