Usando a imagem ultra-rápida da energia movente na fotossíntese, os cientistas determinaram a velocidade de processos cruciais pela primeira vez.
Isso deve ajudar os cientistas a compreender como a natureza aperfeiçoou o processo de fotossíntese, e como isso pode ser copiado para produzir combustíveis por fotossíntese artificial.
Durante a fotossíntese, as plantas colhem a luz e, através de um processo químico envolvendo água e dióxido de carbono, convertem isso em combustível para a vida.
Uma parte vital deste processo é usar a energia da luz para dividir a água em oxigênio e hidrogênio. Isso é feito por uma enzima chamada Photosystem II. A energia luminosa é colhida por “antenas” e transferida para o centro de reação do Photosystem II, que tira elétrons da água. Esta conversão da energia de excitação em energia química, conhecida como “separação de carga”, é o primeiro passo na divisão da água.
Anteriormente, pensava-se que o processo de separação de carga no centro da reação era um “gargalo” na fotossíntese – o passo mais lento no processo – ao invés da transferência de energia ao longo das antenas.
Como a estrutura do Photosystem II foi determinada pela primeira vez em 2001, houve alguma sugestão de que, de fato, poderia ser a etapa de transferência de energia a mais lenta, mas ainda não era possível provar experimentalmente.
Agora, usando imagens ultra-rápidas de excitações eletrônicas que usam pequenos cristais do Photosystem II, cientistas do Imperial College London e Johannes Kepler University (JKU), na Áustria, mostraram que o passo mais lento é de fato o processo através do qual as plantas colhem a luz e transferem sua energia através das antenas para o centro da reação.
Os novos insights sobre a mecânica precisa da fotossíntese devem ajudar os pesquisadores a tentar copiar a eficiência da fotossíntese natural para produzir combustíveis verdes. O autor do estudo, Jasper van Thor, do Departamento de Ciências da Vida Imperial, disse: “Agora podemos ver como a natureza otimizou a física da conversão de energia luminosa em combustível, e podemos sondar esse processo usando nossa nova técnica de medições de cristais ultra-rápidos.
“Por exemplo, é importante que o gargalo ocorra nesta fase, a fim de preservar a eficiência global? Podemos imitá-lo ou sintonizá-lo para tornar a fotossíntese artificial mais eficiente? Essas questões, e muitas outras, podem agora ser exploradas.
O Dr. Thomas Renger, do Departamento de Biofísica Teórica da JKU, acrescentou: “Quando previu o modelo atual de transferência de energia oito anos atrás, essa previsão foi baseada em um cálculo baseado em estrutura.
Uma vez que tais cálculos estão longe de serem triviais para um sistema tão complexo como este, algumas dúvidas permaneceram. A técnica inventada pelo grupo de Jasper no Imperial nos permitiu remover essas dúvidas e confirmou plenamente nossas previsões. ”
Embora os pesquisadores possam determinar qual passo é mais rápido, ambos os passos ocorrem incrivelmente rápido – todo o processo leva uma questão de nanossegundos (bilionésimos de segundo), com os passos individuais de transferência de energia e separação de carga levando apenas picossegundos (trilhões de segundo ).
A equipe usou um sofisticado sistema de lasers para causar reações em cristais de Photosystem II e, em seguida, medir no espaço e no tempo o movimento de excitações de elétrons – e, portanto, a transferência de energia – através das antenas e centro da reação.
O filme resultante do movimento de elétrons excitados em minúsculas seções do sistema revelou onde a energia é mantida e quando é passada junto. Isto provou que o passo inicial de separar as cargas para a reação de separação da água ocorre de forma relativamente rápida, mas que o processo de colheita e transferência de luz é mais lento.
O Dr. van Thor acrescentou: “Houve indícios de que os primeiros modelos do gargalo da fotossíntese estavam incorretos, mas até agora não tínhamos nenhuma prova experimental direta. Agora podemos mostrar que o que me foi ensinado quando estudante na década de 1990 não é mais Apoiado “.
Artigo traduzido e adaptado de : http://bit.ly/2iuRpDN
