{"id":120493,"date":"2024-09-27T10:48:50","date_gmt":"2024-09-27T08:48:50","guid":{"rendered":"https:\/\/ibecbarcelona.eu\/ultrafast-2d-spectroscopy-probes-charge-separation-in-the-plant-photosystem\/"},"modified":"2024-09-27T10:56:46","modified_gmt":"2024-09-27T08:56:46","slug":"ultrafast-2d-spectroscopy-probes-charge-separation-in-the-plant-photosystem","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ibecbarcelona.eu\/es\/investigan-la-separacion-de-cargas-en-el-fotosistema-de-las-plantas-mediante-espectroscopia-2d-ultrarrapida","title":{"rendered":"Investigan la separaci\u00f3n de cargas en el fotosistema de las plantas mediante espectroscop\u00eda 2D ultrarr\u00e1pida"},"content":{"rendered":"\n

Un equipo de investigaci\u00f3n liderado por IBEC e ICFO ha desarrollado y validado una nueva t\u00e9cnica de espectroscop\u00eda de electrones fotoelectroqu\u00edmica para investigar la din\u00e1mica de separaci\u00f3n de cargas, un paso crucial de la fotos\u00edntesis, en complejos fotosint\u00e9ticos.<\/strong><\/strong><\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure>\n\n\n\n
<\/div>\n\n\n\n

La fotos\u00edntesis es el proceso mediante el cual algunos organismos (por ejemplo, plantas, algas y algunas bacterias) transforman la energ\u00eda lum\u00ednica en energ\u00eda qu\u00edmica. Este proceso comienza con la absorci\u00f3n de luz (fotones) por parte de ciertos pigmentos (principalmente clorofila) y termina con un flujo de electrones en el que se sustentan las reacciones bioqu\u00edmicas que hacen posible la vida en la tierra.<\/p>\n\n\n\n

Un paso intermedio que a\u00fan no se ha explorado directamente, principalmente porque ocurre en escalas de tiempo ultrarr\u00e1pidas, es la llamada separaci\u00f3n de cargas. Una vez que el pigmento absorbe un fot\u00f3n, se excita un electr\u00f3n a un nivel de energ\u00eda superior. Esta energ\u00eda adicional se transfiere a ubicaciones espec\u00edficas, llamadas centros de reacci\u00f3n, provocando que, de nuevo, un electr\u00f3n de la clorofila en esos centros se excite y se transfiera a otro complejo (la mol\u00e9cula aceptora). Como resultado, la clorofila se carga positivamente, lo que significa que ha ocurrido la separaci\u00f3n de cargas. Esta diferencia de carga es crucial porque establece un flujo de electrones de alta energ\u00eda que impulsar\u00e1 el resto del proceso fotosint\u00e9tico.<\/p>\n\n\n\n

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Creo que nuestros resultados son muy significativos porque hemos proporcionado una nueva forma de acceder directamente a los procesos de separaci\u00f3n de cargas, que son cruciales para entender la fotos\u00edntesis.<\/p>\nLuca Bolzonello<\/cite><\/blockquote>\n\n\n\n

Para descifrar los complejos fotosint\u00e9ticos e idear nuevas estrategias fotosint\u00e9ticas, es clave investigar las rutas que conducen hasta la separaci\u00f3n de cargas. Este fen\u00f3meno se ha abordado recientemente en un trabajo conjunto entre investigadores del ICFO y del IBEC, tambi\u00e9n en colaboraci\u00f3n con la Universidad de Padua y la Universidad Libre de \u00c1msterdam. El equipo ha desarrollado y validado una nueva t\u00e9cnica de Espectroscop\u00eda Electr\u00f3nica Bidimensional Fotoelectroqu\u00edmica (PEC2DES, por las siglas en ingl\u00e9s), que permite investigar directamente la din\u00e1mica de la separaci\u00f3n de cargas en complejos fotosint\u00e9ticos. Su m\u00e9todo fue presentado en la revista cient\u00edfica ACS Applied Materials and Interfaces<\/em>.<\/p>\n\n\n\n

Seg\u00fan los investigadores, el descubrimiento podr\u00eda utilizarse en dispositivos bioh\u00edbridos y sensores que dependen del control preciso y la comprensi\u00f3n de los procesos de transferencia de electrones dentro de ensamblajes de prote\u00ednas complejos. El Dr. Luca Bolzonello, investigador del ICFO i coprimer autor del art\u00edculo, tambi\u00e9n sugiere que una de las aplicaciones prometedoras de PEC2DES podr\u00eda ser \u201cel dise\u00f1o y la optimizaci\u00f3n de sistemas fotosint\u00e9ticos artificiales, lo que a su vez podr\u00eda mejorar la eficiencia de la conversi\u00f3n de energ\u00eda solar\u201d.<\/p>\n\n\n\n

\u201cCreo que nuestros resultados son muy significativos porque hemos proporcionado una nueva forma de acceder directamente a los procesos de separaci\u00f3n de cargas, que son cruciales para entender la fotos\u00edntesis\u201d, destaca Bolzonello.<\/p>\n\n\n\n

A diferencia de los m\u00e9todos \u00f3pticos tradicionales, PEC2DES combina de manera \u00fanica la detecci\u00f3n fotoelectroqu\u00edmica (PEC) con la espectroscop\u00eda no lineal (2DES), permitiendo investigar el evento de la separaci\u00f3n de cargas de manera selectiva y revelando pistas importantes sobre las din\u00e1micas de excitaci\u00f3n y transferencia de cargas dentro de complejos fotosint\u00e9ticos. M\u00e1s importante a\u00fan, esta t\u00e9cnica puede estudiar la din\u00e1mica ultrarr\u00e1pida de los excitones dentro del sistema con s\u00f3lo medir directamente el producto de la fotos\u00edntesis, es decir, las cargas el\u00e9ctricas que se mueven a lo largo de la cadena de transporte de electrones.<\/a><\/p>\n\n\n\n

Combinando PEC y 2DES para obtener PEC2DES<\/strong><\/strong><\/h4>\n\n\n\n

Para validar su m\u00e9todo, los investigadores utilizaron el Complejo Fotosistema I-Complejo de Captaci\u00f3n de Luz I (PSI-LHCI, por las siglas en ingl\u00e9s) como sistema modelo, donde la absorci\u00f3n de luz por \u2018clorofilas de antena\u2019 se utiliza para impulsar la separaci\u00f3n de cargas en el centro de reacci\u00f3n. \u201cEn el IBEC llevamos a\u00f1os estudiando c\u00f3mo las prote\u00ednas intercambian electrones, un proceso fundamental para el metabolismo de las c\u00e9lulas. Este conocimiento nos ayud\u00f3 a desarrollar un m\u00e9todo para captar los electrones que produce el Complejo Fotosistema-I al ser iluminado.\u00bb Apunta Manuel L\u00f3pez, coprimer autor del estudio que defendi\u00f3 recientemente su tesis doctoral en el IBEC.<\/p>\n\n\n\n

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En el IBEC llevamos a\u00f1os estudiando c\u00f3mo las prote\u00ednas intercambian electrones, un proceso fundamental para el metabolismo de las c\u00e9lulas. Este conocimiento nos ayud\u00f3 a desarrollar un m\u00e9todo para captar los electrones que produce el Complejo Fotosistema-I al ser iluminado.<\/p>\nManuel L\u00f3pez<\/cite><\/blockquote>\n\n\n\n

Primero, desarrollaron el sistema fotoelectroqu\u00edmico (PEC) en el IBEC para medir la corriente generada por los complejos PSI-LHCI. Luego, integraron este sistema con un sistema de espectroscop\u00eda electr\u00f3nica bidimensional (2DES) en ICFO. Tal y como detalla L\u00f3pez: \u201cEl desaf\u00edo de este proyecto no solo consiste en cuantificar la corriente el\u00e9ctrica generada por el Fotosistema I, sino en hacerlo con la precisi\u00f3n necesaria para desvelar los sutiles procesos de migraci\u00f3n de excitaciones entre las clorofilas. Con las medidas de corriente, buscamos obtener informaci\u00f3n sobre c\u00f3mo las clorofilas excitadas transfieren su energ\u00eda al centro de reacci\u00f3n donde la energ\u00eda de excitaci\u00f3n se transforma en pares de carga el\u00e9ctrica.\u201d Esta combinaci\u00f3n sin precedentes de PEC y 2DES dio lugar a la t\u00e9cnica PEC2DES presentada en su estudio, que por primera vez cuantific\u00f3 las cargas generadas por la interacci\u00f3n de fotones en los pigmentos de una prote\u00edna fotosint\u00e9tica.<\/p>\n\n\n\n

\u201cLos principales obst\u00e1culos que encontramos fueron la necesidad de mantener la estabilidad de la muestra durante largos per\u00edodos de tiempo, algo que las mediciones de 2DES siempre requieren, y la dificultad de interpretar la se\u00f1al PEC2DES\u201d, recuerda Bolzonello. \u201cAunque descubrimos que la t\u00e9cnica es ciega ante algunas caracter\u00edsticas ultrarr\u00e1pidas, hemos allanado el camino para resolver dichos problemas\u201d.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Representaci\u00f3n esquem\u00e1tica de la respuesta de corriente fotoelectroqu\u00edmica de los electrodos de oro transparentes del estudio. Fuente: ACS Applied Materials and Interfaces.<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Future perspectives: toward artificial photosynthetic systems<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

El equipo acaba de abrir la puerta para rastrear la din\u00e1mica ultrarr\u00e1pida de los procesos de separaci\u00f3n de cargas con la t\u00e9cnica PEC2DES. En un futuro cercano, les gustar\u00eda perfeccionar su herramienta identificando y minimizando los efectos de la mezcla incoherente, un fen\u00f3meno no deseado que contamina el objeto de estudio, en este caso, la din\u00e1mica de separaci\u00f3n de cargas. Tambi\u00e9n consideran explorar la aplicaci\u00f3n de esta t\u00e9cnica a otros complejos fotosint\u00e9ticos o dirigirla a sistemas artificiales donde el efecto de la mezcla incoherente, la principal limitaci\u00f3n de esta nueva t\u00e9cnica se minimice.<\/p>\n\n\n\n

Esta investigaci\u00f3n ha sido liderada por los Profesores de Investigaci\u00f3n ICREA Pau Gorostiza, investigador principal en el IBEC, y Niek F. van Hulst, investigador principal en ICFO. Adem\u00e1s, forma parte del proyecto Q-SPET<\/a> financiado por el programa BIST Ignite, que busca fomentar la colaboraci\u00f3n entre investigadores e investigadoras de la comunidad BIST.<\/p>\n\n\n\n

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Art\u00edculo referenciado:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Manuel L\u00f3pez-Ortiz, Luca Bolzonello, Matteo Bruschi, Elisa Fresch, Elisabetta Collini, Chen Hu, Roberta Croce, Niek F. van Hulst, y Pau Gorostiza. Photoelectrochemical Two-Dimensional Electronic Spectroscopy (PEC2DES) of Photosystem I: Charge Separation Dynamics Hidden in a Multichromophoric Landscape.<\/strong> ACS Applied Materials & Interfaces<\/em> (2024). DOI: 10.1021\/acsami.4c03652<\/a><\/p>\n\n\n\n

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Un equipo de investigaci\u00f3n liderado por IBEC e ICFO ha desarrollado y validado una nueva t\u00e9cnica de espectroscop\u00eda de electrones fotoelectroqu\u00edmica para investigar la din\u00e1mica de separaci\u00f3n de cargas, un paso crucial de la fotos\u00edntesis, en complejos fotosint\u00e9ticos.<\/p>\n","protected":false},"author":37,"featured_media":120486,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[97],"tags":[1882,1884],"post_formats":[],"class_list":["post-120493","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-noticias-de-investigacion","tag-nanoprobes-and-nanoswitches-es","tag-pau-gorostiza-es-2"],"yoast_head":"\nInvestigan la separaci\u00f3n de cargas en el fotosistema de las plantas mediante espectroscop\u00eda 2D ultrarr\u00e1pida - Institute for Bioengineering of Catalonia<\/title>\n<meta name=\"robots\" content=\"index, follow, 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