Nueva capa de conversión de energía para células biosolares

Un equipo de investigación de la Ruhr-Universität Bochum (RUB), junto con colegas de Lisboa, ha producido un electrodo semi-artificial que podría convertir la energía de la luz en otras formas de energía en las células biosolares. La técnica se basa en la proteína de fotosíntesis Fotosistema I de las cianobacterias.

El grupo demostró que podían acoplar su sistema con una enzima que utilizaba la energía lumínica convertida para producir hidrógeno. Los resultados se publicaron en la revista Angewandte Chemie.

Para el trabajo, el grupo RUB formado por Panpan Wang, Dr. Fangyuan Zhao, Dr. Julian Szczesny, Dr. Adrian Ruff, Dr. Felipe Conzuelo y el Profesor Wolfgang Schuhmann del Centro de Electroquímica cooperó con el equipo formado por Anna Frank, el Profesor Marc Nowaczyk y el Profesor Matthias Rögner de la Cátedra de Bioquímica de Plantas así como colegas de la Universidade Nova de Lisboa.

El Fotosistema I es parte de la maquinaria de la fotosíntesis en las cianobacterias y las plantas. Con la ayuda de la energía de la luz, puede separar las cargas y así generar electrones de alta energía que pueden ser transferidos a otras moléculas, por ejemplo a los protones para la producción de hidrógeno.

En trabajos anteriores, los científicos de Bochum ya habían utilizado el complejo Fotosistema I de proteínas recolectoras de luz para diseñar electrodos para células biosolares. Para ello, cubrieron un electrodo con una monocapa del Fotosistema I. En estas monocapas, los fotosistemas no están apilados uno encima del otro, sino que se encuentran uno al lado del otro en el mismo plano. El Fotosistema I, sin embargo, suele aparecer como un trímero, es decir, tres fotosistemas siempre están unidos entre sí. Como los trímeros no pueden estar apilados muy juntos, aparecen agujeros en la monocapa, lo que puede provocar cortocircuitos. Esto perjudica el rendimiento del sistema. Fue precisamente este problema el que los científicos resolvieron en el presente trabajo.

Un bioelectrodo con el complejo proteínico Fotosistema I bajo irradiación con luz roja para medir la respuesta de la fotocorriente. (Foto: Felipe Conzuelo)

En la cianobacteria Thermosynechococcus elongatus, el Fotosistema I existe principalmente como un trímero. Utilizando una nueva técnica de extracción, los investigadores pudieron aislar adicionalmente monómeros del organismo, creando un Fotosistema I monocapa en el electrodo en el que los monómeros rellenaban los agujeros entre los trímeros. De esta manera, redujeron los efectos del cortocircuito. El sistema alcanzó densidades de corriente dos veces mayores que un sistema formado solo por trímeros.

Para mostrar para qué podía usarse en principio la técnica, los científicos la acoplaron a una enzima hidrogenasa que producía hidrógeno usando electrones proporcionados por el fotosistema. "El trabajo futuro se dirigirá hacia un acoplamiento aún más eficiente entre el fotosistema monocapa y los biocatalizadores integrados para realizar biosistemas prácticos para la conversión de la energía solar", anticipan los autores en su publicación. (Fuente: NCYT Amazings)