Como as algas descobriram a forma de aproveitar a luz solar sem se prejudicar.

Protegendo a Maquinária da Fotossíntese

Organismos fotossintéticos utilizam sistemas moleculares complexos chamados complexos de captura de luz (LHCs) para absorver luz solar e convertê-la em energia utilizável. Quando a clorofila, o pigmento verde central da fotossíntese, absorve luz, ela se torna excitada e passa essa energia para centros de reação que alimentam processos químicos. Sob luz excessiva, no entanto, a clorofila pode entrar em um estado “triplete” perigoso, produzindo moléculas de oxigênio reativo que podem danificar células.

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

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

Um Olhar Mais Próximo em Codium fragile

Para investigar, a equipe de pesquisa recorreu a Codium fragile, um tipo de alga verde marinha. Assim como as plantas terrestres, ela 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 a luz verde – comum em ambientes subaquáticos – para a fotossíntese.

“A chave para o mecanismo de extinção está em quão rapidamente e eficientemente os estados tripletes podem ser desativados”, disse Alessandro Agostini, pesquisador da Universidade de Pádua, na Itália e coautor do estudo.

Os pesquisadores utilizaram espectroscopia de 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. Mas 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 de algas verdes fotossintéticas tem uma excelente função fotoprotetora”, disse Agostini.

Como Siphonein Protege as Algas do Dano Solar

Ao combinar dados de EPR com simulações químicas quânticas, os pesquisadores identificaram a siphonein, localizada em um sítio de ligação crítico no complexo LHCII, como o pigmento chave responsável por essa defesa. Eles também revelaram como sua estrutura molecular e posicionamento a tornam especialmente eficaz na dispersão de energia excessiva.

Essas descobertas mostram que as algas marinhas evoluíram pigmentos especializados não apenas para absorver a luz azul-verde disponível debaixo d’água, mas também para suportar os efeitos danosos da luz solar intensa.

Da Descoberta Oceânica à Inovação Solar

Além de melhorar nossa compreensão da fotossíntese, esta pesquisa pode influenciar o design de tecnologias solares bioinspiradas que se protegem de 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 de extinção, possibilitando, em última análise, o design molecular de pigmentos que otimizem antenas fotossintéticas”, disse Fujii.

O estudo foi publicado em Cell Reports Physical Science.