Um dia de luz solar intensa não só pode arruinar um passeio na praia, como também pode prejudicar o processo de fotossíntese, a forma como as plantas e outros organismos convertem a luz solar em energia. Debaixo de água, no entanto, certas algas desenvolveram uma forma única de se manterem protegidas. Pesquisadores da Universidade Metropolitana de Osaka e seus colaboradores descobriram que um pigmento chamado sifonina ajuda as algas verdes marinhas a continuarem a fotossintetizar de forma eficiente, mesmo sob luz forte.
Proteja o mecanismo fotossintético
Os organismos fotossintéticos utilizam sistemas moleculares complexos chamados complexos de coleta de luz (LHCs) para absorver a luz solar e convertê-la em energia utilizável. Quando a clorofila, o pigmento verde no centro da fotossíntese, absorve luz, é excitada e transfere energia para centros de reação que alimentam processos químicos. No entanto, sob muita luz, a clorofila pode entrar em um perigoso estado de “triplo”, produzindo moléculas reativas de oxigênio que podem danificar as células.
“Os organismos usam carotenóides para dissipar rapidamente o excesso de energia, ou extinguir esses estados triplos, por meio de um processo chamado transferência de energia triplo-tripleto (TTET)”, disse Ritsuko Fujii, autora principal e professora associada da Escola de Pós-Graduação em Ciência e Pesquisa de Fotossíntese Artificial da Universidade Metropolitana de Osaka.
Até recentemente, os detalhes específicos de como funciona este processo de proteção não eram claros.
dê uma olhada mais de perto coral frágil
Para investigar, a equipe de pesquisa recorreu coral frágiluma alga verde marinha. Como as plantas terrestres, possui um complexo de antenas coletoras de luz chamado LHCII, mas também contém carotenóides raros, como sifonina e sifonaxantina. Esses pigmentos permitem que as algas utilizem a luz verde, comum em ambientes subaquáticos, para a fotossíntese.
“A chave para o mecanismo de extinção é como desativar rápida e eficientemente o estado trigêmeo”, disse Alessandro Agostini, pesquisador da Universidade de Pádua, na Itália, e co-autor principal do estudo.
Os pesquisadores usaram espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica (EPR), uma técnica que mede diretamente estados excitados tripletos, para comparar espinafre e coral frágil. No espinafre, permanecem vestígios do prejudicial trio de clorofila. Mas em coral frágilesses sinais desapareceram completamente, indicando que seus carotenóides neutralizaram com sucesso a energia prejudicial.
“Nosso estudo mostra que a estrutura da antena das algas verdes fotossintéticas tem excelentes funções fotoprotetoras”, disse Agostini.
Como a Siphonein protege as algas dos danos do sol
Ao combinar dados de EPR com simulações químicas quânticas, os investigadores identificaram a siphoneína, localizada num local de ligação chave no complexo LHCII, como o pigmento chave responsável por esta defesa. Eles também revelaram como a sua estrutura molecular e posicionamento o tornam particularmente eficaz na dispersão do excesso de energia.
As descobertas sugerem que as algas marinhas desenvolveram pigmentos especiais que não apenas absorvem a luz azul esverdeada debaixo d’água, mas também podem resistir aos efeitos prejudiciais da forte luz solar.
Da exploração oceânica à inovação solar
Além de melhorar nossa compreensão da fotossíntese, esta pesquisa pode influenciar o projeto de tecnologias solares biomiméticas que se protegem dos danos causados pela luz. Tais sistemas poderiam levar a soluções de energia renovável mais duradouras e mais eficientes.
“Esperamos elucidar ainda mais as características estruturais dos carotenóides para melhorar a eficiência da extinção e, finalmente, realizar o design de moléculas de pigmento que otimizam as antenas fotossintéticas”, disse Fujii.
O estudo foi publicado em Cell Reports Ciências Físicas.
