As plantas têm aproveitado a energia do sol há centenas de milhões de anos. Algas e bactérias fotossintéticas fazem o mesmo há mais tempo, todas com notável eficiência e resiliência.

Não é de admirar, então, que os cientistas há muito procurem entender exatamente como eles fazem isso, na esperança de usar esse conhecimento para melhorar dispositivos fabricados pelo homem, como painéis solares e sensores.

Cientistas do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE), trabalhando em estreita colaboração com colaboradores da Universidade de Washington em St. Louis, resolveram recentemente recentemente uma parte crítica desse mistério milenar, abordando os eventos ultra-rápidos iniciais através dos quais as proteínas fotossintéticas capturar a luz e usá-la para iniciar uma série de reações de transferência de elétrons.

“Para entender como a biologia alimenta todas as suas atividades enraizadas, é preciso entender a transferência de elétrons”, disse o biofísico de Argonne, Philip Laible. “O movimento dos elétrons é crucial: é como o trabalho é realizado dentro de uma célula”.

Nos organismos fotossintéticos, esses processos começam com a absorção de um fóton de luz por pigmentos localizados em proteínas.

Cada fóton impulsiona um elétron através de uma membrana localizada dentro de compartimentos especializados dentro da célula.

“A separação da carga através de uma membrana – e sua estabilização – é crítica, pois gera energia que alimenta o crescimento celular”, disse a bioquímica de Argonne Deborah Hanson.

A equipe de pesquisa da Universidade de Argonne e Washington obteve informações valiosas sobre as etapas iniciais desse processo: a jornada do elétron.

Quase 35 anos atrás, quando a primeira estrutura desse tipo de complexo foi revelada, os cientistas ficaram surpresos ao descobrir que, após a absorção da luz, os processos de transferência de elétrons enfrentavam um dilema: existem duas vias possíveis para o elétron viajar.

Na natureza, plantas, algas e bactérias fotossintéticas usam apenas uma delas – e os cientistas não tinham idéia do porquê.

O que eles sabiam era que a propulsão do elétron através da membrana – coletando efetivamente a energia do fóton – exigia várias etapas.

Os cientistas de Argonne e da Universidade de Washington conseguiram interferir em cada um deles para mudar a trajetória do elétron.

“Estamos nessa trilha há mais de três décadas, e é uma grande conquista que abre muitas oportunidades”, disse Dewey Holten, químico da Universidade de Washington.

O artigo recente dos cientistas, “Trocando de lado – separação de carga primária reengenharia no centro de reação fotossintética bacteriana”, publicado no Proceedings da Academia Nacional de Ciências, mostra como eles descobriram uma versão projetada desse complexo de proteínas que mudou a utilização de os caminhos, ativando o que estava inativo e desativando o outro.

“É notável que tenhamos conseguido mudar a direção da transferência inicial de elétrons”, disse Christine Kirmaier, química da Universidade de Washington e líder do projeto. “Na natureza, o elétron escolheu um caminho 100% do tempo. Mas com nossos esforços, conseguimos mudar o elétron para um caminho alternativo 90% do tempo. Essas descobertas colocam questões interessantes para pesquisas futuras”.

Como resultado de seus esforços, os cientistas estão agora mais próximos do que nunca de serem capazes de projetar sistemas de transferência de elétrons nos quais eles podem enviar um elétron por um caminho de sua escolha.

“Isso é importante porque estamos ganhando a capacidade de aproveitar o fluxo de energia para entender os princípios de design que levarão a novas aplicações de sistemas abióticos”, disse Laible. “Isso nos permitiria melhorar bastante a eficiência de muitos dispositivos movidos a energia solar, potencialmente tornando-os muito menores. Temos uma tremenda oportunidade aqui para abrir completamente novas disciplinas de reações bioquímicas direcionadas pela luz, aquelas que não foram previstas pela natureza. Se podemos fazer isso, isso é enorme. “


Fonte da história:

Materiais fornecidos pelo DOE / Argonne National Laboratory . Original escrito por Jo Napolitano.