Um dia de forte luz solar pode estragar mais do que um passeio na praia — pode também prejudicar o processo de fotossíntese, a forma como as plantas e outros organismos convertem a luz do sol em energia. No entanto, debaixo d’água, certas algas evoluíram uma maneira única de se proteger. Pesquisadores da Universidade Metropolitana de Osaka e seus colaboradores descobriram que um pigmento conhecido como siphonein ajuda as algas verdes marinhas a continuar fotossintetizando de maneira eficiente, mesmo sob luz intensa.
Protegendo a Maquinária da Fotossíntese
Os organismos fotossintéticos utilizam sistemas moleculares complexos chamados complexos de captura de luz (LHCs) para absorver a 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 os centros de reação que impulsionam processos químicos. No entanto, sob luz excessiva, a clorofila pode entrar em um estado “triplete” perigoso, produzindo moléculas de oxigênio reativas que podem danificar as células.
“Os organismos usam carotenoides para dissipar rapidamente o excesso de energia ou atenuar 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 Pós-Graduação em Ciência e Centro de Pesquisa em Fotossíntese Artificial da Universidade Metropolitana de Osaka.
Até recentemente, os detalhes exatos de como esse processo protetor funciona não eram bem compreendidos.
Um Olhar Mais Próximo em Codium fragile
Para investigar, a equipe de pesquisa recorreu ao 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 usem a luz verde — comum em ambientes subaquáticos — para a fotossíntese.
“A chave para o mecanismo de atenuação está em quão rápido e eficientemente os estados tripletes podem ser desativados”, disse Alessandro Agostini, pesquisador da Universidade de Pádua, Itália, e coautor do estudo.
Os pesquisadores utilizaram espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica (EPR), uma técnica que mede diretamente estados excitados tripletes, para comparar espinafre com Codium fragile. No espinafre, traços 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 das algas verdes fotossintéticas possui uma excelente função fotoprotetora”, disse Agostini.
Como Siphonein Protege as Algas dos Danos do Sol
Ao combinar dados de EPR com simulações químicas quânticas, os pesquisadores identificaram o siphonein, localizado em um local de ligação crítico no complexo LHCII, como o pigmento-chave responsável por essa defesa. Eles também revelaram como sua estrutura molecular e posicionamento o tornam especialmente eficaz na dispersão do excesso de energia.
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 resistir aos efeitos prejudiciais da luz solar intensa.
Da Descoberta Oceânica à Inovação Solar
Além de melhorar nossa compreensão da fotossíntese, essa pesquisa pode influenciar o design de tecnologias solares bioinspiradas que se protegem contra danos à 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 atenuação, possibilitando, por fim, o design molecular de pigmentos que otimizem as antenas fotossintéticas”, disse Fujii.
O estudo foi publicado em Cell Reports Physical Science.
