Centro de Reacción Fotosintética, Cromóforos

Hoy me encontré con esta noticia:

La física cuántica y la biología de las plantas parecían ser como dos ramas de la ciencia totalmente diferentes, pero, sorprendentemente ahora se ha descubierto que están íntimamente ligadas.

Investigadores del Departamento de Energía (DOE) del Laboratorio Nacional de Argonne y del Laboratorio de Radiación de la Universidad de Notre Dame, utilizaron una espectroscopía ultrarrápida para ver lo que sucede a nivel subatómico durante la primera etapa de la fotosíntesis.

Mientras que diferentes especies de plantas, algas y bacterias han desarrollado una variedad de distintos mecanismos para recoger energía de la luz, todos ellos comparten una característica conocida como centro de reacción fotosintética. Donde pigmentos y proteínas que se encuentran en los organismos se encargan de realizar la etapa inicial de conversión de energía.

Estas moléculas de pigmento, o cromóforos, son responsables de la absorción de la energía transportada por la luz entrante. Después de que un fotón llega a la célula, excita uno de los electrones en el interior del cromóforo. A medida que se observa el paso inicial del proceso, los científicos de Argonne vieron algo que nadie había observado antes: un solo fotón parecía excitar cromóforos diferentes al mismo tiempo.

El comportamiento que fueron capaces de ver a estas escalas de tiempo muy rápidas implica una mezcla mucho más sofisticada de los estados electrónicos. Los efectos cuánticos observados parecen ser más eficiente de lo que se indica en la biofísica clásica, esto nos deja preguntándonos: ¿cómo la madre naturaleza crea esta solución increíblemente elegante?.

El resultado del estudio podría influir significativamente en los esfuerzos de los químicos y los nanocientíficos para crear materiales artificiales y dispositivos que pueden imitar a los sistemas fotosintéticos naturales. Aunque los investigadores aún tienen un largo camino por recorrer antes de ser capaces de crear dispositivos con la eficiencia de cosecha energética de una planta.

Una razón para esta deficiencia, es que los experimentos artificiales de fotosíntesis no han sido capaces de replicar la matriz molecular que contiene los cromóforos.

Debido a que el momento en que el efecto cuántico se produce es de muy corta duración, menos de una billonésima de segundo, los científicos tienen dificultades para determinar fundamentos biológicos y físicos de su existencia en el primer lugar.

Nos hace preguntarnos si están realmente allí por accidente, o si nos están diciendo algo sutil y único acerca de estos materiales. En cualquier caso, estamos llegando a los fundamentos de la primera etapa de conversión de energía en la fotosíntesis.

Fuente

 

Y me quedé pensando. ¿Tenemos nosotros los humanos también esos cromóforos? ¿Sómos capaces biológicamente de absorber energía de la luz igual que las plantas y algunos animales? Eso podría explicar el fenómeno pránico, la gente que vive de luz.

Buscando información llegué a Michael Cummings, biólogo molecular de la NAI, que estudia una de las más básicas interacciones que un organismo tiene con su medio ambiente – la percepción de la luz y del color. Según él “una gran parte de la biosfera aquí en la Tierra y potencialmente en otros planetas está iluminada por el Sol o por otra estrella, una de las más sofisticadas de estas interacciones puede ser la percepción de la luz por un organismo. Quizá aún sea más sutil la percepción del color, una propiedad de la luz.”

“Cummings trabaja con una familia de proteínas denominadas opsinas, las cuales son responsables de las reacciones celulares iniciales involucradas en la percepción de la luz. Las opsinas son miembros de una familia proteínica mayor llamada receptores apareados G-proteína, que Cummings las apoda “los ojos, oídos y nariz de una célula.” Localizadas en las membranas celulares de la retina en una amplia gama de organismos, las opsinas son los “ojos” de esa familia proteínica. Las opsinas están químicamente unidas a una molécula denominada retinal (un tipo de cromóforo), que es un derivado de la Vitamina A. La molécula de opsina forma una bolsa tridimensional en la cual se asienta el cromóforo. Este emparejamiento molecular, llamado el complejo opsin-cromóforo, es responsable de la percepción de la luz. El cromóforo absorbe luz, cambia de forma y a su vez causa que la opsina cambie de forma. Se inicia toda una serie de reacciones moleculares dentro de la célula, denominados cascada de señales, y da como resultado que las células de la retina envíen una señal eléctrica a la parte del cerebro responsable de la percepción de la luz, el tectum en los humanos.”

“Esta investigación nos demuestra como el más sutil cambio en el nivel molecular (un cambio mínimo en la secuencia del amino ácido de una proteína) puede ocasionar cambios dramáticos a todo el organismo (un cambio potencialmente drástico de la forma como se ve el mundo a través de nuestros ojos). Nos ofrece un entendimiento de la delicada conexión entre el mundo molecular y el mundo alrededor de nosotros – entre el organismo y su medio ambiente. Y, como parte de la Astrobiología, nos permite ser perspicaces al explorar ecosistemas fuera de la tierra.”

Entonces sí que tenemos Cromóforos. Y son capaces de modificarnos a nivel molecular. Una reprogramación celular.

Según cuenta en sus charlas Oberom, brasileño pránico desde hace más de 10 años, los seres humanos necesitamos unas 11.000 calorias al día para todas nuestras funciones corporales, incluyendo el funcionamiento del cerebro y del corazón. De media ingerimos a través de nuestro alimento unas 2500 calorias. El resto todavía la ciencia no ha sabido explicar exactamente de donde viene. Él dice que de la Luz. Yo me lo creo.  Además cuenta Oberom que el proceso de digestión consume unas 1700 calorias, por lo que el aporte energético real de la comida son unas 800 calorias de las 11.000 que necesitamos. Por eso dice él, que todos vivimos de luz aunque no lo sepamos.

Y todo esto se puede entender mucho mejor desde el campo de la optogenética, como explican en BioTech:

Las opsinas están normalmente integradas en la membrana celular y tienen un cromóforo unido covalentemente. En su acepción más general, un cromóforo es cualquier molécula o parte de una molécula responsable del color de la misma. Los cromóforos producen color porque son capaces de absorber ciertas longitudes de onda de la luz visible y transmitirla o reflejarla a otras diferentes.  Esto es debido a que algunos de los átomos de estos cromóforos tienen electrones que pueden “saltar” de unos orbitales a otros cuando son excitados, desprendiendo energía en el proceso. El cromóforo de las opsinas es el retinal, el cual isomeriza (es decir, cambia de isómero, por ejemplo, pasando de una configuración cis a otra trans) cuando es excitado por la luz, produciendo la activación de la opsina a la cual está unido covalentemente.

Los mamíferos disponemos de opsinas en nuestra retina, que al activarse son las responsables de que podamos percibir la luz y el color. Pero hay otras opsinas, procedentes de microorganismos, que combinan un dominio sensible a la luz y un canal iónico en la misma proteína, de forma que cuando son excitadas por la longitud de onda apropiada, abren ése canal iónico dejando pasar iones a su través. He aquí el interruptor que andábamos buscando: si le da la luz, se abre; si no, se cierra. Si unimos esta capacidad a las técnicas de ADN recombinante que ya conocemos, podemos introducir los genes de estas opsinas en nuestras células, expresarlos y utilizar estos nuevos canales para controlar el estado de activación de las células.

Seguramente algunos ya se habrán preguntado cómo es posible que una opsina microbiana pueda funcionar en un tejido o una célula de mamífero sin necesidad de otros factores. La respuesta está en el retinal. Nosotros tenemos retinal en todas nuestras células de forma natural. De hecho, es una de las formas de la vitamina A. Esto permite que las opsinas introducidas de manera exógena puedan incorporarlo de forma natural durante su síntesis, con lo que tenemos un sistema optogenético tremendamente sencillo que sólo requiere un componente molecular. Esta disponibilidad del retinal ha dado lugar a elegantes e impresionantes experimentos de control neuronal mediado por luz en tejido cerebral intacto e incluso en ratones vivos.

(pobres ratones coloraos)

Nosotros también somos un centro de reacción fotosintética

Leer más:

http://www.techmez.com/2012/05/28/descubren-llamativo-efecto-cuantico-en-la-fotosintesis/#ixzz1wgpC4hSd

http://www.astroseti.org/articulo/84/la-biologia-molecular-de-la-luz-y-la-percepcion-del-color-

http://www.biotechspain.com/es/tecnica.cfm?iid=1105tecnica_optogenetica

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