Fotossíntese sem queimaduras
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Demasiado sol pode estragar um dia na praia. Pode também arruinar a fotossíntese, queimando as plantas e outros organismos que dependem da captação da luz solar para obter energia. No entanto, debaixo das ondas, as algas encontraram um escudo inteligente. Os investigadores da Universidade Metropolitana de Osaka e os seus colegas descobriram que um pigmento chamado sifonina ajuda as algas verdes marinhas a manter a fotossíntese a funcionar, sem queimaduras.

No local L1, o pigmento sifonina (cor de laranja) liga-se perto de um grupo de moléculas de clorofila (Chl a 610- a 612, verde), permitindo uma extinção eficiente da energia.
Osaka Metropolitan University
Os organismos fotossintéticos dependem de delicados complexos de colheita de luz (LHCs) para capturar a luz solar para obter energia. Durante a fotossíntese, a clorofila absorve a luz e entra num estado excitado de singlete. Em condições normais de luz, esta energia é transferida de forma eficiente para o centro de reação fotossintético, para conduzir as reacções químicas. Mas a luz excessiva pode empurrar as moléculas de clorofila para um perigoso estado "tripleto", que é uma fonte de espécies reactivas de oxigénio capazes de causar danos oxidativos.
"Os organismos usam os carotenóides para dissipar rapidamente o excesso de energia, ou extinguir estes estados tripletos, através de um processo chamado transferência de energia tripleto-tripleto (TTET)", disse Ritsuko Fujii, autor principal e professor associado da Graduate School of Science and Research Center for Artificial Photosynthesis da Osaka Metropolitan University.
Até agora, porém, as regras que regem esta fotoprotecção permaneciam em grande parte desconhecidas.
A equipa de investigação procurou uma resposta em Codium fragile , uma alga verde marinha. Semelhante às plantas terrestres, possui uma antena de captação de luz chamada LHCII, mas com uma diferença: contém carotenóides invulgares, como a sifonina e a sifonaxantina, que permitem à alga utilizar a luz verde para a fotossíntese.
"A chave do mecanismo de extinção reside na rapidez e eficiência com que os estados tripletos podem ser desactivados", afirmou Alessandro Agostini, investigador da Universidade de Pádua, Itália, e coautor principal do estudo.
Utilizando espetroscopia avançada de ressonância paramagnética eletrónica (EPR), que detecta diretamente os estados excitados dos tripletos, a equipa comparou as plantas de espinafre com as de Codium fragile . Nos espinafres, os sinais fracos dos estados tripletos da clorofila permaneceram detectáveis. Em contrapartida, no Codium fragile , estes estados nocivos desapareceram totalmente, o que prova claramente que os carotenóides do sistema das algas os extinguem completamente.
"A nossa investigação revelou que a estrutura da antena das algas verdes fotossintéticas tem uma excelente função fotoprotectora", afirmou Agostini.
Combinando o EPR com simulações químicas quânticas, a equipa identificou a sifonina, localizada num local de ligação chave no LHCII, como o principal motor deste notável efeito protetor. O seu trabalho também clarificou os princípios electrónicos e estruturais subjacentes a um TTET eficiente, mostrando como a estrutura eletrónica peculiar da sifonina e a sua posição no complexo LHCII reforçam a sua capacidade de dissipar o excesso de energia.
Os resultados demonstram que as algas marinhas desenvolveram pigmentos únicos não só para captar a luz verde-azul disponível debaixo de água, mas também para aumentar a sua resistência ao excesso de luz solar.
Para além de nos permitir compreender melhor a fotossíntese, os resultados do estudo abrem a porta ao desenvolvimento de tecnologias solares bio-inspiradas com mecanismos de proteção incorporados e sistemas de energia renovável mais duradouros e eficientes.
"Esperamos esclarecer melhor as caraterísticas estruturais dos carotenóides que aumentam a eficiência da extinção, permitindo, em última análise, a conceção molecular de pigmentos que optimizem as antenas fotossintéticas", afirmou Fujii.
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