Un equipo de científicos liderado por el Laboratorio Nacional Pacific Northwest (PNNL), en colaboración con el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC y diversas instituciones académicas, logró capturar por primera vez capturas a nivel molecular de cómo se reorganiza el agua durante una reacción química fundamental para la vida. Los hallazgos, publicados en la revista Nature Communications, revelan detalles inéditos sobre los eventos que ocurren cuando la luz impacta sobre una molécula.
El trabajo se enfoca en el estudio del movimiento acoplado de electrones (con carga negativa) y protones (con carga positiva). Este tipo de mecanismo permite a las moléculas evitar pasos intermedios de alto costo energético, logrando que las transformaciones químicas sean mucho más rápidas y eficientes.
Un proceso clave para la biología y la tecnología
El fenómeno analizado, conocido como transferencia de electrones acoplada a protones (PCET, por sus siglas en inglés), es central en la naturaleza. Resulta indispensable para que las plantas capturen la radiación solar en la fotosíntesis y para que los organismos procesen alimentos y conviertan energía.
Más allá del ámbito biológico, los especialistas señalan que comprender la interacción entre la estructura molecular y el entorno que la rodea permitirá optimizar aplicaciones tecnológicas. Entre ellas se destacan el desarrollo de mejores baterías de flujo, celdas de combustible y catalizadores más eficientes.
Herramientas de rayos X y simulación cuántica
Para conseguir esta observación inédita con alta sensibilidad estructural, el grupo combinó técnicas de espectroscopía y dispersión de rayos X ultrafases en la instalación Linac Coherent Light Source de SLAC, junto con cálculos de química cuántica y simulaciones de dinámica molecular.
La investigación fue llevada a cabo por la física química experimental Elisa Biasin, el exinvestigador del PNNL Abdullah Kahraman, y los teóricos Niranjan Govind y Amity Andersen, junto a sus colaboradores.
Según detalló Biasin, el experimento permitió comprobar de qué manera la ganancia de un protón remodela la estructura electrónica de la molécula en sitios específicos y reorganiza simultáneamente las moléculas de agua que la rodean, aportando una nueva perspectiva sobre cómo evolucionan conjuntamente las moléculas y su entorno líquido.