Pesquisadores finalmente descobriram detalhes microscópicos da fotossíntese, processo pelo qual plantas, algas e algumas bactérias aproveitam a luz solar para criar a energia de que precisam para crescer. Há décadas, os cientistas buscavam entender como exatamente o oxigênio era formado durante o processo, mas agora pesquisadores conseguiram preencher algumas das lacunas nesse conhecimento.
Estudando aglomerados de moléculas extraídas de algas-azul-esverdeadas, Jan Kern e seus colegas no Lawrence Berkeley National Laboratory, na Califórnia, conseguiram capturar detalhes microscópicos da fotossíntese utilizando pulsos de raios-X de alta energia. Após receberem os fótons necessários para começar a dividir a água por meio de pulsos de luz visível, os raios-X capturaram os arranjos dos átomos durante o processo. Foi assim que os pesquisadores descobriram que apenas quatro partículas consecutivas de luz são necessárias para iniciar a fotossíntese.
Ao ser atingido pelo quarto fóton, um complexo proteico conhecido como Photosystem II (PSII) quebra as moléculas de água em poucos milionésimos de segundo. Porém, as imagens de raios-X feitas entre a divisão da água e a formação de um tipo de molécula de oxigênio que poderia eventualmente ser liberada na atmosfera não eram claras o suficiente. No entanto, o arranjo de outras partes das moléculas de PSII em torno dos átomos de oxigênio mostrou que o oxigênio formou alguma nova estrutura, possivelmente ligado a outra parte do PSII.
Holger Dau, da Universidade Livre de Berlim, e seus colegas também fizeram experimentos, mas usaram luz infravermelha para descobrir como elétrons e prótons se movem entre os átomos durante o processo. Combinando medições e simulações computacionais, eles descobriram uma nova etapa crucial no processo, onde três prótons são trocados por um elétron entre átomos de oxigênio e o resto do PSII.
Ambas as equipes querem descobrir ainda mais detalhes no futuro, utilizando raios-X mais rápidos, amostras PSII mais limpas e mais luz infravermelha. Entender a divisão da água durante a fotossíntese é importante para avançar no desenvolvimento de dispositivos que transformam a água em combustível de hidrogênio. Para Dimitrios Pantazis no Instituto Max Planck de Pesquisa do Carvão, na Alemanha, é necessário descobrir todos os truques de divisão de água que evoluíram ao longo de bilhões de anos.
Com essas novas descobertas, pode-se avançar no desenvolvimento de combustíveis limpos e no entendimento das mais complexas reações químicas da natureza. Cada pequena etapa do processo preenchida traz mais esperança para um futuro energético sustentável.
Os estudos foram publicados na revista Nature: DOI: 10.1038/s41586-023-06038-z, DOI: 10.1038/s41586-023-06008-5
