Bangalore — InkDesign News — Cientistas do Instituto Indiano de Ciência (IISc, Bangalore) e do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) desvendaram um mistério persistente sobre os momentos iniciais da fotossíntese. O estudo, publicado na Proceedings of the National Academy of Sciences, revela porque os primeiros movimentos de elétrons, cruciais para a transferência de energia, ocorrem apenas em um dos lados de uma importante estrutura proteica-pigmentar.
O Contexto da Pesquisa
A fotossíntese é um conjunto de reações em que elétrons saltam entre pigmentos, permitindo que plantas, algas e bactérias transformem luz solar em energia e oxigênio. Apesar de suas etapas já serem estudadas há décadas, detalhes cruciais permaneciam pouco claros devido à rapidez e à complexidade destas reações, além de variações entre espécies. Entender esses mecanismos pode impulsionar o desenvolvimento de sistemas artificiais para conversão de energia solar, como folhas sintéticas e combustíveis solares, segundo especialistas.
Resultados e Metodologia
O processo fotossintético inicia-se no complexo chamado Fotossistema II (PSII), que capta luz, decompõe moléculas de água e encaminha elétrons para moléculas receptoras. Embora o PSII possua dois ramos simétricos, D1 e D2, conectados a moléculas de clorofila e feofitina, experimentos mostram que apenas o D1 é funcionalmente ativo.
“Apesar da simetria estrutural entre os ramos D1 e D2 na proteína do PSII, apenas o ramo D1 é funcionalmente ativo”
(“Despite the structural symmetry between the D1 and D2 protein branches in PSII, only the D1 branch is functionally active”)— Aditya Kumar Mandal, doutorando em Física, IISc
Os pesquisadores utilizaram simulações de dinâmica molecular, análises quânticas e teoria de Marcus — modelo laureado com o Nobel — para traçar o fluxo de energia em ambos os caminhos. Os resultados indicaram que o ramo D2 apresenta uma barreira energética duas vezes maior, tornando o transporte de elétrons inviável naquele caminho. Além disso, a resistência à movimentação dos elétrons em D2 é cerca de cem vezes maior que em D1. Pequenas diferenças no ambiente ao redor do PSII, e como os pigmentos se organizam, explicam a vantagem de D1.
“Nossa pesquisa representa um avanço significativo na compreensão da fotossíntese natural”
(“Our research presents a significant step forward in understanding natural photosynthesis”)— Prabal K Maiti, Professor, Departamento de Física, IISc
Implicações e Próximos Passos
Ao compreender detalhadamente o porquê desse fluxo assimétrico, abre-se caminho para a engenharia de sistemas artificiais capazes de replicar ou superar a eficiência natural da fotossíntese, contribuindo para soluções inovadoras em energia renovável. Os autores sugerem que modificações nas moléculas envolvidas poderiam desbloquear novos rumos para o transporte de elétrons.
O avanço obtido é visto como o início de uma nova fase de estudos, com muitos desafios ainda por superar. Bill Goddard, coautor do Caltech, ressalta a combinação única de abordagens teóricas para resolver uma das questões mais intrigantes da biofísica, mas reconhece que ainda existem mistérios a serem desvendados.
Nas próximas etapas, pesquisadores buscam experimentar as modificações sugeridas in vitro, criando versões aprimoradas do PSII para futuras aplicações em painéis solares biológicos ou geração limpa de combustíveis.
Fonte: (ScienceDaily – Ciência)
