Quando as células das plantas absorvem a luz do Sol durante a fotossíntese, pacotes de energia chamados fótons saltam entre uma série de proteínas de captação de luz até chegarem ao centro de reação fotossintética. Lá, as células convertem a energia em elétrons, que acabam alimentando a produção de moléculas de açúcar.
Essa transferência de energia através do complexo de captação de luz ocorre com eficiência extremamente alta: quase todos os fótons de luz absorvidos geram um elétron, em um fenômeno conhecido como eficiência quântica de quase unidade.
Um novo estudo conduzido por químicos do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), publicado no periódico científico Proceedings of the National Academy of Sciences, traz uma possível explicação para como as proteínas do complexo de captação de luz, também chamado de antena, alcançam essa alta eficiência.
Pela primeira vez, cientistas conseguiram medir a transferência de energia entre proteínas de captação de luz, o que permitiu descobrir que o arranjo desorganizado dessas proteínas aumenta a eficiência da transdução de energia.
“Para que essa antena funcione, você precisa de transdução de energia de longa distância. Nossa principal descoberta é que a organização desordenada das proteínas de coleta de luz aumenta a eficiência dessa transdução de energia de longa distância”, diz Gabriela Schlau-Cohen, professora associada de química do MIT e autora sênior do artigo.
Para este estudo, a equipe liderada por Gabriela se concentrou em bactérias roxas, que são frequentemente encontradas em ambientes aquáticos pobres em oxigênio e comumente usadas como modelo para estudos de captação de luz fotossintética.
Dentro dessas células, os fótons capturados viajam por complexos de captação de luz que consistem em proteínas e pigmentos que absorvem a iluminação, como a clorofila. Usando espectroscopia ultrarrápida, os cientistas conseguiram investigar como a energia se move dentro de uma única proteína dessas.
No entanto, conforme destaca o site Phys, estudar como a energia se desloca entre essas proteínas tem se mostrado muito mais desafiador, pois requer o posicionamento de várias delas de forma controlada.
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Espectroscopia ultrarrápida ajuda a avaliar a eficiência da fotossíntese na captação de luz
Para criar uma configuração experimental na qual pudessem medir como a energia viaja entre duas proteínas, a equipe do MIT projetou membranas sintéticas em nanoescala com uma composição semelhante às das membranas celulares naturais.
Ao controlar o tamanho dessas membranas, conhecidas como nanodiscos, eles conseguiram controlar a distância entre duas proteínas embutidas nos discos.
Eles incorporaram duas versões da proteína primária de captação de luz encontrada em bactérias roxas, chamadas LH2 e LH3, em seus nanodiscos. Enquanto a LH2 é a proteína que está presente durante condições normais de luz, LH3 é uma variante que geralmente é expressa apenas durante condições de baixa luminosidade.
Usando um microscópio crioeletrônico, os pesquisadores conseguiram imagens de suas proteínas embutidas na membrana e viram que elas estavam posicionadas a distâncias semelhantes às vistas na membrana nativa. Eles também foram capazes de medir as distâncias entre as proteínas de absorção de luz, que estavam na escala de 2,5 a 3 nanômetros.
Como LH2 e LH3 absorvem comprimentos de onda ligeiramente diferentes da luz, é possível usar espectroscopia ultrarrápida para observar a transferência de energia entre elas.
Para proteínas espaçadas entre si, os pesquisadores descobriram que leva cerca de 6 picossegundos para que um fóton de energia viaje entre elas. Para proteínas mais distantes, a transferência leva até 15 picossegundos. Uma viagem mais rápida se traduz em uma transferência de energia mais eficiente, porque quanto mais a viagem demora, mais energia é perdida durante a transferência.
Os pesquisadores também descobriram que as proteínas arranjadas em uma estrutura de rede mostraram transferência de energia menos eficiente do que as proteínas arranjadas em estruturas organizadas aleatoriamente, como geralmente são em células vivas.
Agora que estabeleceram a capacidade de medir a transferência de energia entre proteínas, os autores do estudo planejam explorar a transferência energética entre outras proteínas, como as da antena e as do centro de reação. Eles também pretendem estudar a transferência de energia entre as proteínas da antena encontradas em organismos que não sejam bactérias roxas, como plantas verdes.
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