Nuevos instrumentos científicos están desvelando los secretos de lo que ha sido durante largo tiempo una «caja negra» de la biología: la fotosíntesis. Un artículo aparecido en Nature en mayo de 20071 describía la estructura del complejo PSI (PhotoSystem I) de las plantas con una resolución casi a nivel atómico. Un día después, un artículo en Science2 describía algunas de las interacciones de las proteínas que se dan cuando las plantas transforman la luz en energía para realizar trabajo. Ambos artículos elogiaban el excepcional rendimiento de «la máquina nanofotoquímica más eficiente en la naturaleza».
Como suele suceder en la literatura científica, el artículo en Nature empleó lenguaje de ingeniería al describir la fotosíntesis. Se refirió al «centro de reacción» como un «complejo de recolección de luz» y a ciertos componentes como «antenas». Los autores usaron ocho veces formas de la palabra eficiente en el artículo: por ejemplo: «Es de esperar que esta máquina nanofotoeléctrica sumamente eficiente interactúe con otras proteínas de una manera regulada y eficiente»—hay dos casos en la misma frase. Y el artículo concluía en estos términos:
La complejidad del PSI no disminuye su eficiencia: casi cada fotón absorbido por el complejo PSI se usa para impulsar el transporte de electrones. Es extraordinario que el PSI exhibe un rendimiento cuántico de casi 1 (refs. 47, 48), y cada fotón captado queda finalmente atrapado y resulta en una deslocalización de electrón. La información estructural en las proteínas, los cofactores y sus interacciones que se describen en esta comunicación, constituye un paso hacia la comprensión de cómo se consigue este elevado rendimiento cuántico sin precedentes del PSI en la captación de la luz y en la transferencia de electrones.
Los autores solo se refieren una vez a la evolución: «Las dos principales subunidades del centro de reacción, PsaA y PsaB, comparten semejanzas en sus secuencias aminoácidas y constituyen una estructura pseudosimétrica que evolucionó a partir de un antiguo conjunto homodimérico». Pero esto es una aseveración dogmática sin explicación alguna de cómo pudo haber tenido lugar.
El artículo en Science exploraba la fotosíntesis desde la perspectiva de la proteína. Los autores de este artículo también hacían referencia a la «eficiente transferencia de electrones a través de biomembranas» y a la «gran eficiencia de la reacción (se transfiere un electrón por cada fotón absorbido)» —es decir, no hay pérdida ni desperdicio del aporte.
Los autores analizaban cómo ciertos componentes proteínicos se mueven físicamente en respuesta a las entradas. Estos movimientos entre las clorofilas y otros componentes modulan la velocidad de las reacciones corriente abajo. En lugar de citar su jerga acerca de biomecánica y de dinámica biomolecular, intentaremos dar una analogía que se sugería por sí misma en una de las ilustraciones. Es como atrapar huevos que caen del cielo mediante una suave red, desde donde pueden transportarse de manera segura a la cocina. Los que prefieran la jerga original pueden consultar la nota al pie.4
1Amuntz, Drory and Nelson, «The structure of a plant photosystem I supercomplex at 3.4-angstrom resolution», Nature 447, 58-63 (3 mayo 2007) | doi:10.1038/nature05687.
2Skourtis and Beratan, «Photosynthesis from the Protein’s Perspective», Science, 4 mayo 2007: Vol. 316. no. 5825, pp. 703-704, doi: 10.1126/science.1142330.
3El segundo artículo se refería también al eficiente uso de las propiedades de mecánica cuántica de la luz: «Los datos experimentales comunicados por Wang et al. alientan también a prestar una renovada atención teórica a los eventos tempranos en la fotosíntesis. Los modelos que incluyen dinámicas nucleares cuantizadas parecen particularmente importantes, porque los modos cuánticos de alta frecuencia influyen en la rápida transferencia de electrones, produciendo cinéticas no exponenciales y una excepcional dependencia de la temperatura».
4“Wang et al. sugieren que la lenta dinámica proteínica que se trata más arriba puede ayudar a superar las barreras a la reacción producidas por potenciales de las membranas o por factores medioambientales que perturban el centro de reacción fotosintética y que potencialmente disminuyen la velocidad de la transferencia de electrones. Así, el movimiento de las proteínas podría vencer las barreras a la reacción producidas por factores celulares que pudieran de otra manera perturbar la cinética de la transferencia de los electrones.
Los que estudiaron biología de instituto hace décadas pueden disfrutar con estos nuevos descubrimientos acerca de la fotosíntesis que están saliendo a la luz. En aquel tiempo, nuestros maestros y profesores veían cómo entraba la luz y cómo salían los azúcares, pero apenas si conocían nada de los sofisticados mecanismos y de las intrincadas operaciones que tenían lugar en el interior. Ahora se está abriendo la caja negra, y estamos descubriendo que se trataba de todo un conjunto de máquinas moleculares de altísimo rendimiento. Vaya, ¡de modo que así es como se hace!
Fuente: Creation·Evolution Headlines - Details of Photosynthesis Coming to Light 9/05/2007
Redacción: David Coppedge © 2007 Creation Safaris - www.creationsafaris.com
Traducción y adaptación: Santiago Escuain — © SEDIN 2008 - www.sedin.org
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