Cientistas se atualizam sobre os segredos da coleta de luz das algas fotossintéticas

December 23, 2016 Desde milhões de anos atrás, as algas fotossintéticas vêm refinando sua técnica de captura de luz.

Como resultado, seus sistemas de captação de luz (proteínas que absorvem luz para serem transformados em energia) são tão poderosos que os cientistas procuraram compreendê-los e imitá-los para uso em aplicações de energia renovável.

Agora, pesquisadores da Universidade de Princeton revelaram um mecanismo que aumenta as taxas de captação de luz da alga criptófita Chroomonas mesostigmatismo. Suas descobertas, publicadas recentemente na revista Chem, fornecer informações valiosas para o projeto de captação de luz artificial sistemas como sensores moleculares e coletores de energia solar.

Algas criptófitas geralmente vivem abaixo de organismos que absorvem a maior parte do raios do sol. Como resultado, eles evoluíram para prosperar naqueles comprimentos de onda de luz não procurados pelos organismos acima deles – principalmente as cores verde-amareladas.

Eles coletam essa luz verde-amarelada energia e passá-la através de uma rede de moléculas que a converte em luz vermelha, algo que as moléculas de clorofila precisam para realizar química fotossintética importante.

Os cientistas sempre foram fascinados e intrigados pela velocidade da transferência de energia. Suas previsões eram sempre cerca de três vezes mais lento do que as taxas observadas.

"As escalas de tempo em que a energia está movido através da proteína – nunca poderíamos entender por que o processo tão rápido", disse o autor correspondente Gregory Scholes, William S Tod Professor de Química na Universidade de Princeton.

Em 2010, sua equipe descobriu que essas taxas rápidas se deviam a um fenômeno chamado coerência quântica, no qual moléculas compartilhavam excitação eletrônica e transferência de energia de acordo com o quantum leis de probabilidade mecânica em vez da física clássica. No entanto, eles não consegui explicar exatamente como a coerência funcionou para acelerar as taxas – até agora.

Usando um método sofisticado possibilitado por lasers ultrarrápidos, o pesquisadores mediram a absorção de luz das moléculas e rastrearam o fluxo de energia através do sistema.

Normalmente os sinais de absorção seriam se sobrepõem, tornando-os impossíveis de serem atribuídos a moléculas específicas dentro o complexo proteico; no entanto, a equipe conseguiu aprimorar os sinais resfriando as proteínas a temperaturas muito baixas, disse o autor principal Jacob Dean, pesquisador de pós-doutorado no laboratório Scholes.

Os pesquisadores observaram o sistema à medida que a energia era transferida de molécula a molécula, da luz verde de alta energia ao vermelho de baixa energia luz, com o excesso de energia sendo perdido como energia vibracional. Isso mostrou que um padrão espectral específico que era uma "arma fumegante" para ressonância vibracional (ou correspondência vibracional) entre o doador e moléculas aceitadoras, disse Dean.

Graças à correspondência vibracional, a energia foi capaz de transferir muito mais rápido do que seria de outra forma, distribuindo a excitação entre moléculas. O efeito forneceu um mecanismo para o anteriormente coerência quântica relatada.

Com isso em mente, os pesquisadores recalcularam sua previsão e chegaram a uma taxa que era cerca de três vezes mais rápido.

O laboratório Scholes pretende estudar proteínas relacionadas para investigar se este mecanismo é encontrado em outros organismos fotossintéticos.

Eventualmente, os cientistas esperam desenvolver sistemas de captação de luz com transferência de energia perfeita inspirada na robusta captação de luz proteínas.

"Este mecanismo é mais uma declaração poderosa do otimização dessas proteínas", disse Scholes.