Fotosíntesis sin quemaduras
Demasiado sol puede arruinar un día de playa. También puede arruinar la fotosíntesis, abrasando las plantas y otros organismos que dependen de la captación de la luz solar para obtener energía. Sin embargo, bajo las olas, las algas han encontrado un ingenioso escudo. Investigadores de la Universidad Metropolitana de Osaka y sus colegas descubrieron que un pigmento llamado sifonina ayuda a las algas verdes marinas a mantener la fotosíntesis en marcha, sin quemaduras.
En el sitio L1, el pigmento sifonina (naranja) se une a un grupo de moléculas de clorofila (Chl a 610- a 612, verde), lo que permite una extinción eficaz de la energía.
Osaka Metropolitan University
Los organismos fotosintéticos dependen de delicados complejos captadores de luz (LHC) para capturar la luz solar y obtener energía. Durante la fotosíntesis, la clorofila absorbe la luz y entra en un estado de excitación singlete. En condiciones normales de luz, esta energía se transfiere eficazmente al centro de reacción fotosintética para impulsar las reacciones químicas. Pero un exceso de luz puede empujar a las moléculas de clorofila a un peligroso estado "triplete", que es una fuente de especies reactivas del oxígeno capaces de causar daño oxidativo.
"Los organismos utilizan carotenoides para disipar rápidamente el exceso de energía, o apagar estos estados tripletes, mediante un proceso denominado transferencia de energía triplete-triplete (TTET)", explica Ritsuko Fujii, autora principal y profesora asociada de la Facultad de Ciencias y del Centro de Investigación de Fotosíntesis Artificial de la Universidad Metropolitana de Osaka.
Sin embargo, hasta ahora se desconocían en gran medida las reglas que rigen esta fotoprotección.
El equipo de investigadores buscó una respuesta en Codium fragile , un alga verde marina. Al igual que las plantas terrestres, posee una antena captadora de luz llamada LHCII, pero con una peculiaridad: contiene carotenoides poco comunes, como la sifonina y la sifonaxantina, que permiten al alga utilizar la luz verde para la fotosíntesis.
"La clave del mecanismo de extinción reside en la rapidez y eficacia con que se desactivan los estados tripletes", explica Alessandro Agostini, investigador de la Universidad de Padua (Italia) y coautor del estudio.
Mediante espectroscopia avanzada de resonancia paramagnética de electrones (EPR), que detecta directamente los estados excitados tripletes, el equipo comparó las plantas de espinaca con las de Codium fragile . En las espinacas, las débiles señales de los estados tripletes de la clorofila seguían siendo detectables. En cambio, en Codium fragile , estos estados nocivos desaparecieron por completo, prueba evidente de que los carotenoides del sistema algal los apagan por completo.
"Nuestra investigación ha revelado que la estructura de antena de las algas verdes fotosintéticas tiene una excelente función fotoprotectora", afirma Agostini.
Combinando la EPR con simulaciones de química cuántica, el equipo identificó la sifonina, situada en un punto de unión clave de la LHCII, como principal responsable de este extraordinario efecto protector. Su trabajo también aclaró los principios electrónicos y estructurales que subyacen a la eficacia de la TTET, mostrando cómo la peculiar estructura electrónica de la sifonina y su posición en el complejo LHCII refuerzan su capacidad para disipar el exceso de energía.
Los hallazgos demuestran que las algas marinas han desarrollado pigmentos únicos no sólo para captar la luz verde-azulada disponible bajo el agua, sino también para mejorar su resistencia frente a la luz solar excesiva.
Más allá de avanzar en nuestra comprensión de la fotosíntesis, los resultados del estudio abren la puerta al desarrollo de tecnologías solares bioinspiradas con mecanismos de protección incorporados y sistemas de energía renovable más duraderos y eficientes.
"Esperamos esclarecer aún más las características estructurales de los carotenoides que aumentan la eficacia de la extinción y, en última instancia, permitir el diseño molecular de pigmentos que optimicen las antenas fotosintéticas", afirma Fujii.
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