Pesquisadores demonstraram o papel de uma única partícula de luz em bactérias fotossintéticas
Apenas uma única partícula de luz é necessária para desencadear os primeiros passos do processo biológico que converte a luz em energia química, relatam os cientistas em 14 de junho na Nature.
Embora os cientistas suponham há muito tempo que as reações da fotossíntese começam com a absorção de apenas um fóton, isso ainda não havia sido demonstrado, diz o físico-químico Graham Fleming, da Universidade da Califórnia, em Berkeley. Ele e seus colegas decidiram que “vamos apenas ver se é realmente verdade que um fóton era suficiente para começar tudo”.
A luz do sol que cai na superfície da Terra parece brilhante aos olhos humanos. Mas em pequenas escalas, isso se traduz em um drible de fótons. Apenas algumas dezenas de fótons dos comprimentos de onda apropriados da luz solar caem em um nanômetro quadrado por segundo, a escala das minúsculas moléculas de clorofila e bacterioclorofila que são centrais para a fotossíntese em plantas e bactérias.
Muitos experimentos de laboratório sobre fotossíntese usam lasers, fontes de luz muito mais poderosas, para iniciar as reações. Em vez disso, Graham e seus colegas usaram uma fonte de luz que produz apenas dois fótons por vez. Um fóton serviu como um arauto, indo para um detector para informar aos pesquisadores quando dois fótons foram liberados. O outro fóton foi para uma solução contendo estruturas de absorção de fótons da bactéria fotossintética Rhodobacter sphaeroides. Essas estruturas, chamadas de complexos coletores de luz 2, ou LH2, são formadas por dois anéis de bacterioclorofila e outras moléculas.
Em uma reação de fotossíntese normal, o LH2 absorve um fóton e passa sua energia para outro complexo LH2, e depois outro, como um jogo de batata quente. Eventualmente, a energia atinge outro tipo de anel, chamado de complexo coletor de luz 1, ou LH1, que então passa para o centro de reação onde a energia é finalmente convertida em uma forma que a bactéria pode usar.
No experimento, não havia LH1, então o LH2 emitiu um fóton de comprimento de onda diferente do primeiro, um sinal de que a energia havia sido transferida do primeiro anel de LH2 para o segundo, uma primeira etapa da fotossíntese. Os pesquisadores detectaram o segundo fóton e, comparando os tempos de detecção com os dos fótons iniciais, confirmaram que o LH2 precisava absorver apenas um fóton para dar o pontapé inicial.
Plantas e bactérias usam processos diferentes para a fotossíntese, mas as etapas iniciais são semelhantes o suficiente para que nas plantas também um único fóton desencadeie as etapas iniciais, diz Fleming. No entanto, nas plantas, vários fótons absorvidos independentemente são necessários para completar a reação.
O papel dos fótons individuais não é surpreendente, diz o bioquímico Richard Cogdell, da Universidade de Glasgow, na Escócia. O importante que os pesquisadores fizeram, diz ele, foi demonstrar a nova técnica. “Ao fazer isso, você pode essencialmente interrogar o que estará acontecendo na natureza”, diz ele.
Alguns cientistas suspeitam que a fotossíntese depende da física quântica. Embora não esteja claro se a nova técnica poderia resolver o papel dos efeitos quânticos, ela poderia ajudar os cientistas a desvendar os efeitos naturais dos artefatos do uso de fontes intensas de luz em estudos de fotossíntese.
“Você pode realmente descobrir o que está acontecendo nas reações iniciais da fotossíntese como se estivesse do lado de fora”, diz Cogdell, “[como se] você pudesse se encolher e observar esses fótons se movendo”.
Publicado em 19/06/2023 02h13
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