Protegendo o Mecanismo da Fotossíntese

Organismos fotossintéticos utilizam sistemas moleculares complexos chamados complexos de captura de luz (LHCs) para absorver a luz solar e convertê-la em energia utilizável. Quando a clorofila, o pigmento verde central da fotossíntese, absorve luz, ela se excita e transfere essa energia para centros de reação que impulsionam processos químicos. Contudo, sob luz excessiva, a clorofila pode entrar em um estado “triplete” perigoso, gerando moléculas de oxigênio reativo que podem danificar células.

“Os organismos utilizam carotenoides para dissipar rapidamente o excesso de energia, ou para apagar esses estados tripletes, por meio de um processo chamado transferência de energia triplete-triplete (TTET)”, afirmou Ritsuko Fujii, autora principal e professora associada da Escola de Pós-Graduação em Ciências e do Centro de Pesquisa em Fotossíntese Artificial da Universidade Metropolita de Osaka.

Até recentemente, os detalhes exatos de como esse processo de proteção ocorre não eram bem compreendidos.

Uma Análise de Codium fragile

Para investigar, a equipe de pesquisa focou em Codium fragile, um tipo de alga verde marinha. Assim como plantas terrestres, possui um complexo de antena de captura de luz chamado LHCII, mas também contém carotenoides raros, como siphonein e siphonaxanthin. Esses pigmentos permitem que as algas utilizem luz verde — comum em ambientes subaquáticos — para a fotossíntese.

“A chave para o mecanismo de dissipação está na rapidez e eficiência com que os estados tripletes podem ser desativados”, disse Alessandro Agostini, pesquisador da Universidade de Pádua, na Itália, e coautor do estudo.

Os pesquisadores usaram ressonância paramagnética eletrônica (EPR), uma técnica que mede diretamente os estados excitados tripletes, para comparar espinafre com Codium fragile. No espinafre, vestígios de estados tripletes de clorofila prejudiciais permaneceram. Porém, em Codium fragile, esses sinais desapareceram completamente, mostrando que seus carotenoides neutralizam com sucesso a energia danosa.

“Nossa pesquisa revelou que a estrutura da antena das algas verdes fotossintéticas possui uma excelente função fotoprotetora”, afirmou Agostini.

Como o Siphonein Protege as Algmas do Dano Solar

Combinando os dados da EPR com simulações químicas quânticas, os pesquisadores identificaram o siphonein, localizado em um ponto de ligação crítico no complexo LHCII, como o pigmento chave responsável por essa defesa. Eles também revelaram como sua estrutura molecular e posicionamento o tornam especialmente eficaz na dispersão do excesso de energia.

Essas descobertas demonstram que algas marinhas evoluíram pigmentos especializados não apenas para absorver a luz azul-verde disponível subaquaticamente, mas também para suportar os efeitos danosos da luz solar intensa.

Da Descoberta Marinha à Inovação Solar

Além de aprimorar nossa compreensão da fotossíntese, essa pesquisa pode influenciar o desenvolvimento de tecnologias solares bioinspiradas que se autoprotegem contra danos causados pela luz. Esses sistemas podem levar a soluções de energia renovável mais duráveis e eficientes.

“Esperamos esclarecer ainda mais as características estruturais dos carotenoides que aumentam a eficiência da dissipação, possibilitando, em última instância, o design molecular de pigmentos que otimizem as antenas fotossintéticas”, disse Fujii.

O estudo foi publicado na Cell Reports Physical Science.