Struttura dell’oxygen evolving complex (OEC) e ossidazione fotocatalizzata dell’acqua

The water oxidation reaction to molecular oxygen, which occurs in photosynthetic processes, is fundamental to life on Earth. In green plants, this reaction is catalyzed by the bio-inorganic complex OEC (Oxygen Evolving Complex), with the general formula CaMn4O5. The OEC is located in a specific pocket of the pigment-protein complex PSII, situated in the chloroplasts. This natural catalyst allows, throughout Kok’s cycle, effective catalysis of the water oxidation reaction while simultaneously minimizing recombination reactions. The study of OEC is of great importance not only in the chemical-biological context but also in industrial contexts, particularly for the design of innovative catalysts for H2 production from water. This process is currently uneconomical due to the kinetic inertia of water oxidation. The following work aims to investigate the OEC structure within the protein, in the different stages of Kok’s cycle, and the mechanism of water oxidation to molecular oxygen.

La reazione di ossidazione dell’acqua ad ossigeno molecolare, che avviene nei processi fotosintetici, è fondamentale per la vita sulla Terra. Nelle piante verdi, questa reazione è catalizzata dal complesso bio-inorganico OEC (Oxygen Evolving Complex), di formula generale CaMn4O5. L’OEC è posizionato in un’apposita tasca del complesso pigmento-proteina PSII, situato nei cloroplasti. Questo catalizzatore naturale permette, attraverso il ciclo di Kok, un’efficacie catalisi della reazione di ossidazione dell’acqua, minimizzando al contempo la reazione di ricombinazione. Lo studio dell’OEC assume elevata importanza non solo nel contesto chimico-biologico ma anche nei contesti industriali, con la progettazione di catalizzatori innovativi per la produzione di H2 dall’acqua. Questo processo è attualmente antieconomico a causa dell’inerzia cinetica dell’ossidazione dell’acqua. Il seguente lavoro ha quindi lo scopo di investigare la struttura dell’OEC all’interno della proteina, nei vari stadi del ciclo di Kok, e i meccanismi di ossidazione dell’acqua a ossigeno molecolare.