Los fotosistemas son grandes complejos proteicos que, por medio de los pigmentos que contienen en su interior, participan activamente en las etapas de la fase luminosa de la fotosíntesis, absorbiendo luz solar y transfiriendo su energía hacia los centros de reacción donde es empleada para excitar un electrón que es impulsado a la cadena transportadora de electrones. Eventualmente, al final del ciclo fotosintético, se produce la transformación neta de la energía solar absorbida en energía química, a través de la síntesis ATP y NADPH. Este proceso global se produce, además, con una gran eficiencia, por lo que los fotositemas se plantean como un sistema de estudio excepcional del que extraer información para el diseño de nuevos dispositivos tecnológicos capaces de producir energía de forma eficiente a partir de la absorción de radiación solar. Vemos por tanto que, si somos capaces de alcanzar un conocimiento profundo de los eventos clave que tienen lugar en los fotosistemas, como la absorción de radiación y los procesos de transferencia de carga y energía, podremos avanzar en la solución de una de los retos más importantes de la humanidad: la producción de energía.

Para poder lograr ese objetivo a largo plazo, es necesario entender los mecanismos responsables de la alta eficiencia de los fotosistemas, en los que el medio proteico juega un papel muy relevante en su interacción con las moléculas fotoactivas. En este sentido, el presente proyecto plantea iniciar una nueva línea de investigación centrada en la modelización integral de los fotosistemas mediante los métodos de la química computacional. Concretamente, pretendemos simular los procesos de absorción y transferencia de carga y energía que se producen entre los pigmentos fotosintéticos, incluyendo para ello una descripción realista del complejo medio proteico en el que se encuentran.

Para ello crearemos en primer lugar un modelo atómico que incluya todos los componentes de los fotosistemas, embebidos en una bicapa lipídica que represente la membrana del tilacoide. A través de este modelo, investigaremos, primero, el comportamiento dinámico de los fotosistemas y, a continuación, usaremos esta información para realizar simulaciones de las propiedades fotoquímicas de los pigmentos, incluyendo de forma explícita el efecto del heterogéneo medio que los rodea.