Como as algas aprenderam a aproveitar o Sol sem se queimar

Protegendo a maquinaria da fotossíntese

Os organismos fotossintéticos usam 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 central para a fotossíntese, absorve luz, fica excitada e passa essa energia para centros de reação que alimentam os processos químicos. Porém, sob muita luz, a clorofila pode entrar em um perigoso estado de “tripleto”, 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 Ciências e Centro de Pesquisa para Fotossíntese Artificial da Universidade Metropolitana de Osaka.

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

Um olhar mais atento Códio frágil

Para investigar, a equipe de pesquisa recorreu Códio frágilum tipo de alga verde marinha. Como as plantas terrestres, possui um complexo de antenas coletoras de luz chamado LHCII, mas também contém carotenóides raros, como siphoneína e sifonaxantina. Esses pigmentos permitem que as algas usem a luz verde – comum em ambientes subaquáticos – para a fotossíntese.

“A chave para o mecanismo de extinção reside na rapidez e eficiência com que os estados trigêmeos podem ser desativados”, 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 com Códio frágil. No espinafre, permaneceram vestígios de estados trigêmeos de clorofila prejudiciais. Mas em Códio frágilesses sinais desapareceram completamente, mostrando que seus carotenóides neutralizaram com sucesso a energia prejudicial.

“Nossa pesquisa revelou que a estrutura da antena das algas verdes fotossintéticas tem uma excelente função fotoprotetora”, 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 crítico no complexo LHCII, como o principal pigmento responsável por esta defesa. Eles também revelaram como a sua estrutura molecular e posicionamento o tornam especialmente eficaz na dispersão do excesso de energia.

Estas descobertas mostram que as algas marinhas desenvolveram pigmentos especializados não só para absorver a luz azul esverdeada disponível debaixo de água, mas também para resistir aos efeitos prejudiciais da luz solar intensa.

Da descoberta do oceano à inovação solar

Além de melhorar a nossa compreensão da fotossíntese, esta pesquisa pode influenciar o design de tecnologias solares bio-inspiradas que se protegem dos danos causados ​​pela luz. Tais sistemas poderão levar a soluções de energia renovável mais duráveis ​​e eficientes.

“Esperamos esclarecer ainda mais as características estruturais dos carotenóides que aumentam a eficiência da têmpera, permitindo, em última análise, o design molecular de pigmentos que otimizam as antenas fotossintéticas”, disse Fujii.

O estudo foi publicado em Cell Reports Ciências Físicas.