Fotosintesis artificial

FOTOSÍNTESIS: DE LA FORMA NATURAL A LA ARTIFICIAL.

La fotosíntesis es el proceso mediante el cual podemos transformar la materia inorgánica en materia orgánica. Se cree que su inicio comenzó hace 3600 millones de años con las algas verdes-azules unicelulares. Hoy en día podemos encontrar a los descendientes de estas algas en forma de estromatolitos en varios lugares del planeta. Estos seforman por las denominadas cianobacterias que absorben dióxido de carbono y mediante la energía de la luz expulsan oxígeno y formas carbonatadas, que se acumulan formando los ya nombrados estromatolitos.
La teoría más extendida dice que estas cianobacterias se incorporaron en los organismos multicelulares posteriormente denominándose cloroplastos. Esto permitió un aumento del oxígeno en laTierra de forma bastante abrupta.
Para empezar, explicaremos cómo funciona la fotosíntesis y natural y posteriormente enunciaremos algunos de los avances que están permitiendo su realización artificialmente.

I. Fotosíntesis natural.

Para centrarnos en esta fotosíntesis lo primero en lo que nos centraremos será el aparato u orgánulo que está destinado a realizarla: el cloroplasto.
Suestructura viene determinada por dos membranas concéntricas. La membrana externa es la menos permeable de las dos ya que solo contiene porinas, mientras que la membrana interna posee proteínas de transporte. Dentro de estas membranas existe una cavidad denominada estroma en la que podemos encontrar ADN, ribosomas y gránulos de almidón entre otras sustancias. Es en esta cavidad donde se llevarán a cabo lasreacciones de fijación de CO2. También el interior de las dos membranas podemos encontrar los tilacoides, de los que hablaremos más extensamente después.
Para que quede más claro en la página siguiente se adjunta un dibujo, en la que vienen diferenciadas las diferentes partes del cloroplasto.


1. Membrana exterior 7. “Granum” (pila de tilacoides)
2. Intermembrana 8. Tilacoide
3.Membrana interior 9. Almidón
4. Estroma 10. Ribosoma
5. Interior del tilacoide 11. ADN
6. Membrana del tilacoide o lumen 12. Plastoglobule


Análisis del cloroplasto

Lo primero que podemos observar son que las dos membranas están como pegadas, esto puede venir determinado por dos razones: la primera la causan las atracciones mediante fuerzas de Van der Waals, y lasegunda, para maximizar la entropía del sistema. La distancia de estas membranas vendrá debido a la short-range hydration repulsion.
Las membranas de los tilacoides contienen una bicapa de proteínas en las cuales, en alguna de ellas, podemos encontrar los enlaces no covalentes necesarios para la unión de pigmentos como la clorofila o los carotenoides








Secuencia de tiempo en lafotosíntesis

Como vemos, empezamos con la absorción de fotones, que tiene lugar en los pigmentos, para posteriormente seguir con la separación de cargas que casi siempre es seguida por un período de estabilización de ellas. Esta separación ocurre por la des excitando los distintos estados de los pigmentos. En el período de “Physical chemistry” la transferencia de electrones viene determinada mediantereacciones de oxidación y reducción. Para finalmente concluir en las etapas de “Biochemistry” y “Physiology”, en la primera se realizan reacciones enzimáticas y en la segunda todo depende de la evolución de las plantas.

Procesos físico-químicos

Absorción de la luz
En este caso, solo nos fijaremos en la naturaleza de partícula de la luz. En la figura de la derecha podemos observar como sonlos saltos de energía en el momento de absorción de luz y como lo son cuando cedemos energía.
Se absorbe casi todo el espectro de luz, la única diferencia es la cantidad de fotones. Por ejemplo, para la luz blanca tenemos un 85% de eficacia mientras que en la que peor absorbemos, la verde, tenemos un 70%.



Transferencia de energía por excitación
Las moléculas de clorofila trabajan en...