Química

Averiguando cómo exactamente la naturaleza descompone el agua

(NC&T) Lo han hecho obteniendo la estructura precisa de un catalizador compuesto de cuatro átomos de manganeso y un átomo de calcio, el que conduce esta reacción de descomposición del agua. Su trabajo podría ayudar a otros investigadores a sintetizar moléculas que imiten al catalizador. Ésta es una meta muy buscada en la carrera por desarrollar tecnologías energéticas limpias que empleen la luz del sol para descomponer el agua liberando hidrógeno, y con él alimentar células de combustible u otras fuentes de energía no contaminantes.

Muchas de las estrategias que los científicos proponen, dependen de usar algún proceso para extraer del agua el hidrógeno, que es un portador de energía. Desafortunadamente, los métodos actuales de extracción de hidrógeno del agua requieren electricidad o metano, y ambos tienen un coste económico que lastra la viabilidad práctica de los diseños.

Un equipo internacional dirigido por científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley trabajó con estructuras de alta resolución (aproximadamente 0,15 ángstrom) del agregado de manganeso-calcio encontrado en un complejo proteico fotosintético. (Un ángstrom es la diezmilmillonésima parte de un metro).

El equipo, que incluye a científicos de la Universidad Libre de Berlín, la Universidad Técnica de Berlín, el Instituto Max Planck en Mülheim, y el Laboratorio de Stanford para Radiación Sincrotrón, usó una combinación innovadora de espectroscopía de rayos X y cristalografía de proteínas, para lograr la estructura de más alta resolución obtenida hasta hoy del catalizador metálico.

Descomposición del agua
Junko Yano (izquierda) y Vittal Yachandra participan en las investigaciones. (Foto: LBNL)
Éste es el primer estudio que combina la espectroscopía de absorción de rayos X y la cristalografía en un modo tan detallado, para determinar la estructura de un sitio activo de metal en una proteína, sobre todo en algo tan complicado como el agregado fotosintético de manganeso-calcio.

El catalizador de metal reside en un complejo grande de proteína, el llamado fotosistema II, presente en plantas, algas verdes, y cianobacterias. El sistema maneja una de las reacciones oxidantes más eficientes de la naturaleza, usando la energía de la luz para dividir el agua en oxígeno, protones y electrones. Debido a su eficacia y a que no depende de nada más que del sol, el catalizador se ha vuelto el objetivo de estudio de los científicos. Conocer a fondo la estructura del catalizador, y después comprender cómo funciona, conducirá quizás a que los científicos puedan desarrollar moléculas de una robustez similar.

Pero hasta ahora, la estructura precisa del catalizador ha eludido todos los esfuerzos para ser determinada por difracción de rayos X y mediante varias técnicas espectroscópicas. Las observaciones anteriores no permiten a los investigadores precisar las posiciones exactas de los átomos de manganeso y de calcio en el agregado y sus ligandos circundantes. Parte del problema es el hecho de que el catalizador de metal es muy susceptible a recibir daños por la radiación, lo que limita los estudios de resolución extremadamente alta por difracción de rayos X.


Más artículos
Moléculas orgánicas fosilizadas
Invisivilidad ante las microondas
Hidrógeno y oxígeno
Enzimas desintoxicantes de oxígeno
Turbidez del vino
Experimentos con diamantes
Producción de etanol
Descomposición del agua
Ultrasonido genera triboluminiscencia
Olor metálico
Estructura de los huesos
Detectando explosivos mediante abejas
Metal negro
Transporte en un transistor
Calor en plásticos
Estructuras magnéticas
Violines Stradivarius
Enfermedades neurodegenerativas
Pesticidas contra mosquitos
Pintura antimicrobiana