Descoberta fortuita: a fotossíntese oxigénica é possível com apenas um fotossistema
Um grupo de investigação da LMU, liderado pelo biólogo molecular Dario Leister, está a contrariar o que há muito se considera um lugar-comum nos livros didáticos
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Uma equipa científica da LMU demonstrou, pela primeira vez, que a fotossíntese oxigénica é possível utilizando apenas um fotossistema. As suas descobertas desafiam um dos conceitos mais fundamentais da biologia e foram agora publicadas na revista *Nature Communications*.
Poucos princípios biológicos permaneceram tão firmemente estabelecidos como a ideia de que a fotossíntese oxigénica requer dois fotossistemas. Há mais de meio século que este conceito é considerado uma pedra angular da biologia e tem aparecido praticamente inalterado nos manuais escolares de todo o mundo. As novas descobertas da LMU mostram que este princípio de longa data não é universalmente válido.
Um dogma central da biologia posto em causa
«Quando um paradigma dos manuais escolares entra em colapso, não se altera apenas um pormenor do nosso conhecimento — reformula-se fundamentalmente a nossa compreensão de um processo biológico», afirma o professor Dario Leister, titular da Cátedra de Biologia Molecular Vegetal da LMU e investigador principal do estudo. «Os nossos resultados revelam que a natureza é muito mais flexível do que anteriormente acreditávamos.»
A fotossíntese fornece oxigénio à atmosfera terrestre e constitui a base de quase todas as cadeias alimentares. As plantas, as algas e as cianobactérias convertem a luz solar em energia química através deste processo. De acordo com o modelo predominante, isto requer a ação coordenada de dois grandes complexos proteicos: o fotossistema II e o fotossistema I. Este conceito tem sido considerado um princípio fundamental da biologia há mais de meio século.
Uma descoberta por mero acaso
O grupo de investigação de Dario Leister não estava, inicialmente, à procura de uma forma alternativa de fotossíntese. O seu objetivo era introduzir uma versão vegetal do fotossistema I na cianobactéria Synechocystis. No entanto, utilizando uma combinação de engenharia genética e evolução adaptativa em laboratório, produziram organismos nos quais o fotossistema I tinha desaparecido completamente.
«O nosso objetivo era alcançar algo completamente diferente», afirma Leister. «Certamente não esperávamos obter organismos capazes de crescer, fixar dióxido de carbono e produzir oxigénio sem o fotossistema I.»
Apesar da ausência do fotossistema I, estas novas estirpes de cianobactérias evoluídas realizam uma fotossíntese oxigénica completa. A sua existência derruba a suposição de longa data de que o fotossistema I é indispensável para a síntese do agente redutor NADPH.
Uma via alternativa para a conversão de energia
A equipa identificou também o mecanismo que permite a estas bactérias compensar a ausência do fotossistema. Durante a evolução adaptativa, a cadeia de transporte de eletrões fotossintética sofreu uma reorganização profunda. Um gradiente de protões particularmente acentuado permite que o complexo NDH-1 funcione em sentido inverso, gerando assim NADPH — uma função que anteriormente era considerada exclusiva do fotossistema I.
Implicações muito para além da investigação sobre a fotossíntese
Segundo Leister, a descoberta transforma fundamentalmente a nossa compreensão de como a fotossíntese oxigénica pode ter evoluído e mostra que mesmo um dos processos mais bem investigados da biologia ainda pode revelar surpresas profundas. Para além de proporcionar novos insights sobre as origens evolutivas da fotossíntese oxigénica, as descobertas levantam questões fundamentais relativas ao surgimento e à adaptabilidade dos sistemas fotossintéticos. A longo prazo, as descobertas poderão também inspirar novas estratégias para a engenharia de organismos fotossintéticos mais eficientes e para o desenvolvimento de aplicações biotecnológicas inovadoras.
«O nosso trabalho lembra-nos que mesmo conceitos firmemente estabelecidos nos livros didáticos podem ser derrubados por novas evidências experimentais», observa Leister. «É precisamente isto que torna a investigação fundamental tão emocionante.»
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