Captan un proceso de femtosegundos de duración con una cámara especial

Utilizando una cámara de rayos X de alta velocidad, un equipo internacional de científicos ha puesto de manifiesto la respuesta ultrarrápida de un biosensor ante la luz. El estudio muestra movimientos atómicos debidos a la luz que duran apenas 100 femtosegundos (100 milbillonésimas de segundo). La técnica promete proporcionar información reveladora sobre la dinámica ultrarrápida de varias biomoléculas sensibles a la luz y responsables de importantes procesos biológicos, como la fotosíntesis o la visión.

El equipo internacional liderado por Marius Schmidt, de la Universidad de Wisconsin en Milwaukee, Estados Unidos, y que incluye, entre otros, a científicos del Sincrotrón Alemán de Electrones (DESY, por sus siglas en alemán), usó un láser de rayos X para examinar la parte sensible a la luz de la llamada proteína amarilla fotoactiva, o PYP (por sus siglas en inglés). Funciona como un “ojo” en bacterias púrpuras, ayudándolas a sentir la luz azul y a permanecer lejos de ella, algo muy importante para su supervivencia dado que esa clase de luz es demasiado energética para ellas y potencialmente dañina.

Los científicos pudieron ver cómo la proteína se transformaba con el paso del tiempo. Son los primeros en lograr obtener instantáneas en tiempo real de este tipo de reacción.

La absorción de luz deja a la PYP en un estado excitado, del cual se relaja muy rápidamente. Lo hace reordenando su estructura atómica.

Esta clase de isomerización es también la que proporciona la visión, en este caso el cromóforo retiniano sufre una isomerización que acaba por llevar a una excitación neuronal en el ojo.

Los investigadores ya habían estudiado antes cambios estructurales inducidos por la luz en la PYP, descubriendo movimientos atómicos tan veloces que se ejecutan en periodos de hasta tan solo 10 nanosegundos (10 milmillonésimas de segundo). Ajustando su experimento con un láser óptico más rápido y con mejores herramientas de clasificación y medición del tiempo, han podido ahora mejorar en 100.000 veces su límite de velocidad, y captar reacciones en la proteína que son 1.000 veces más rápidas que cualquiera vista con anterioridad en un experimento con rayos X.

La técnica podría demostrar ser valiosa para desvelar muchos otros procesos importantes ultrarrápidos dependientes de la luz, como por ejemplo la respuesta a esta de los pigmentos visuales en el ojo humano, y el modo en que se producen los daños cuando se absorbe demasiada. Otro proceso ultraveloz que se podría observar de modo detallado, paso a paso, sería el que permite a los organismos fotosintéticos convertir luz en energía química; este conocimiento podría darnos un modelo para desarrollar nuevas tecnologías energéticas. Otro proceso ultraveloz desentrañable mediante la nueva técnica es el de la respuesta de las estructuras atómicas a los pulsos de luz de tipo y duración distintos, un primer y fundamental paso hacia el control de reacciones químicas mediante luz.

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