Cientistas lançam nova luz sobre a estrutura supercomplexa fotossintética
Uma equipe de cientistas da Universidade do Estado do Arizona deu um passo significativo para desvendar os segredos da fotossíntese, determinando a estrutura de um supercomplex fotossintético muito grande.
Esta importante descoberta é apresentada em seu artigo publicado hoje na Nature Structural & Molecular Biology. O artigo intitula-se “A estrutura do super-complexo do fotossistema I-IsiA, induzido pelo estresse”.
“Os supercomplexos são associações entre proteínas antenas e centros de reações fotoquímicas que existem em todos os organismos fotossintéticos”, explicou Yuval Mazor, professor assistente na Escola de Ciências Moleculares e Centro de Descoberta Estrutural Aplicada do Instituto Biodesign. “Este em particular vem de cianobactérias, a classe (phyla) de bactérias em que a fotossíntese oxigênio apareceu pela primeira vez (alguns bilhões de anos atrás) e mais tarde evoluiu, em todos os tipos de fotossíntese oxigenada que conhecemos hoje.”
A equipe da Mazor inclui Hila Toporik, um pós-doutorado, e Jin Li, um estudante de pós-graduação; e uma colaboração com o professor assistente Po-Lin Chiu, todos pertencentes à Escola de Ciências Moleculares e o Centro de Descoberta Estrutural Aplicada, bem como por Dewight Williams, pesquisador associado do Centro John M. Cowley de Microscopia Eletrônica de Alta Resolução. .
Plantas, algas e cianobactérias usam a fotossíntese para produzir oxigênio e reduzir o carbono, como os carboidratos, que constroem e alimentam toda a nossa biosfera. Existem dois complexos proteína-pigmento que orquestram as reações luminosas primárias na fotossíntese oxigenada: o fotossistema I (PSI) e o fotossistema II (PSII). Entender como esses fotossistemas funcionam sua mágica é um dos objetivos da ciência há muito procurados.
Richard Feynman, físico e ganhador do prêmio Nobel. Richard Feynman, disse certa vez: “É muito fácil responder a muitas questões biológicas fundamentais; basta olhar para a coisa!” De fato, a ideia central por trás da biologia estrutural é que, uma vez que alguém seja capaz de “olhar” as “coisas” com detalhes suficientes para discernir suas estruturas atômicas, naturalmente será capaz de responder como e por que os componentes e atores de processos biológicos complexos. funcionam da maneira que fazem.
Nos últimos anos, a microscopia eletrônica de criogênese de partícula única (cryo-EM), em particular, desencadeou uma revolução na biologia estrutural e tornou-se uma disciplina recentemente dominante. O Cryo-EM permite aos pesquisadores dar uma olhada nas estruturas biológicas que simplesmente não eram acessíveis há apenas alguns anos, e agora está expondo estruturas de complexidade sem precedentes em grande detalhe.
Na verdade, é essa técnica utilizada pelos especialistas da Escola de Ciências Moleculares e da Faculdade de Artes e Ciências Liberais da ASU que permitiu a elucidação da estrutura do complexo PSI-IsiA. No laboratório, esse super-complexo em particular é produzido por cianobactérias sob baixo teor de ferro ou fluxos excessivos de luz. No entanto, no “mundo real” o ferro existe em concentrações muito baixas e a luz alta pode ser a regra e não a exceção, de modo que a PSI-IsiA é uma forma muito comum do fotossistema I, um dos dois motores essenciais da fotossíntese.
O complexo é único em tamanho, o maior supercomplex fotossintético com uma estrutura molecular conhecida e em complexidade com mais de 700 moléculas diferentes (principalmente moléculas de luz) que compõem a estrutura completa.
Existem 591 clorofilas no supercomplexo PSI-IsiA, de longe o maior número de pigmentos ligados em qualquer um dos super-complexos fotossintéticos com estruturas conhecidas.
A capacidade das cianobactérias em expressar esse complexo quando estão sob estresse desempenha um papel importante em sua sobrevivência nessas condições. Este complexo também representa uma grande classe de antenas que são muito comuns em cianobactérias marinhas, que são responsáveis ??por uma fração considerável do total da produção global de fotossíntese (as estimativas variam entre 15% e 25%). Mazor enfatiza que seu trabalho foi feito em uma cepa comum de laboratório, não em uma das espécies marinhas.
A estrutura atual revela os detalhes mais cruciais dessa enorme máquina. Como o primeiro exemplo do ramo de cianobactérias das proteínas de antena incorporadas na membrana, ele estabelece um caminho para avaliar o mecanismo de captação de luz e fotoproteção (a partir de condições de luz excessiva ou flutuante) em cianobactérias.
Entender a complexidade e as funções do supercomplex fotossintético da IsiA ajudará, em última instância, a garantir que tenhamos um suprimento de energia estável na Terra, sem dúvida um dos principais desafios do século XXI.
Artigo original: https://phys.org/news/2019-05-scientists-photosynthetic-supercomplex.html