Cómo la función secreta de una proteína podría impulsar la tecnología solar moderna

Las proteínas son moléculas grandes y complejas que realizan la mayoría de las tareas complicadas y vitales en los organismos vivos. Pero las proteínas guardan sus secretos, aunque hay forma de sacarlos a la luz y lograr descubrimientos realmente interesantes a partir de sus reacciones.

Los científicos de la Universidad de Pretoria Michal Gwizdala y Tjaart  PJ Krüger, junto a colaboradores de Bangladesh y los Países Bajos, han descubierto recientemente que una proteína bien conocida involucrada en la fotosíntesis a veces puede comportarse como dos proteínas diferentes, o dicho de otra manera, puede realizar dos funciones diferentes.

La proteína se conoce como ficocianina (Phycocyanin) y es responsable de la recolección de energía solar en las cianobacterias. Estos microorganismos realizan fotosíntesis, al igual que las plantas, y son importantes para la producción de oxígeno. Los hallazgos realizados muestran que la ficocianina puede mutar y realizar dos funciones diferentes.

Esta capacidad, si se aprovecha adecuadamente, podría ayudar a desarrollar nuevas tecnologías solares inteligentes. Los paneles solares actuales no son muy eficientes porque no responden bien a las condiciones cambiantes de la luz. Fueron diseñados para trabajar a pleno sol, preferiblemente en días despejados.

Uno de los desafíos de las tecnologías de celdas solares es que la cantidad y la calidad de la luz solar que llega a la Tierra cambia todo el tiempo. Estos cambios pueden ser causados ​​por nubes o árboles balanceándose por el viento. Comprender cómo la ficocianina puede mutar en diferentes funciones puede enseñar cómo diseñar un panel solar que se adapte a diferentes condiciones.

Los científicos usaron una herramienta experimental llamada espectroscopía de luz para realizar el hallazgo. La técnica funciona al iluminar con luz láser proteínas específicas y observar cómo los patrones de luz cambian cuando la proteína adopta una estructura ligeramente diferente. Es una técnica sensible que puede proporcionar mucha información detallada y se utiliza en una amplia gama de aplicaciones, desde diagnósticos médicos hasta geología.

Los resultados de la interacción entre la luz y las proteínas también dependen del estado y las propiedades de las proteínas. Los científicos recurrieron a un método espectroscópico muy especial conocido como espectroscopía de molécula única, que les permitió observar las propiedades de las proteínas individuales.

Para comprender la ventaja de este enfoque, piense en una sala llena de gente. Pídales a todos que comiencen a cantar sus canciones favoritas, en voz alta. El resultado es probable que sea una cacofonía. De manera similar, tratar de extraer información de miles de millones de proteínas a la vez genera mucho ruido.

Pero un enfoque diferente puede producir un resultado diferente: deje solo a una persona en la sala y pídale que cante. Después de un rato, pregúntele a otra persona, y luego a otra. Esta vez, debería poder escuchar claramente diferentes canciones y distinguir las palabras, así como los diferentes tonos y timbres. De manera similar, la espectroscopía de una sola molécula brinda acceso a todas las "canciones, palabras, tonos y timbre" de las proteínas individuales.

Así fue como los científicos identificaron que la ficocianina puede cantar dos "canciones". Su función principal es recolectar la energía del sol y luego transmitirla a sus vecinos (proteínas de un tipo similar) con una eficiencia asombrosa.

Pero, como ocurrió durante los experimentos realizados, a veces la ficocianina entra en un estado diferente. Cuando esto sucede, la ficocianina no puede transmitir la energía de la luz solar a sus socios conocidos como suele hacerlo. De hecho, lo más probable es que envíe la energía absorbida directamente al centro de reacción fotosintética, donde la energía se convierte en energía química estable. Esto muestra que las moléculas biológicas tienen la capacidad de cambiar su comportamiento según las necesidades inmediatas.

Aplicaciones

Esta habilidad tiene posibilidades interesantes para los dispositivos solares. Los científicos podrían diseñar un sistema artificial que pueda "cantar muchas canciones" y cambiar dinámicamente entre ellas de una manera inteligente.

Estos dispositivos podrían entonces convertir la energía solar con una mayor eficiencia, lo que tiene muchos beneficios. Por ejemplo, los paneles solares inteligentes, flexibles y de inspiración biológica no requerirían un clima soleado perfecto y una limpieza regular para lograr la mayor eficiencia.