Um estudo sobre o processo de produção de energia em plantas poderia ajudar a desenvolver plantações mais resistentes ao estresse ou bactérias que produzem produtos farmacêuticos. Uma equipe de pesquisadores, liderada pelo Imperial College London e Queen Mary University of London, mapeou um processo-chave na conversão de energia em plantas.
O estudo, publicado na Nature Communications, pode ajudar os cientistas a melhorar a resiliência de safras importantes e criar bactérias que podem produzir compostos úteis como produtos farmacêuticos de forma mais sustentável.
Todas as células, sejam de plantas ou animais, usam uma substância química chamada trifosfato de adenosina (ATP) como moeda de energia. Animais como humanos produzem ATP por meio do processo de respiração, enquanto as plantas usam a fotossíntese para converter a luz solar em ATP.
Há uma etapa intermediária no processo nas células vegetais, onde a energia da luz é usada para criar um "gradiente de prótons", que ajuda a criar o ATP. O gradiente de prótons é como a altura da água em uma barragem hidrelétrica - é uma forma de " energia potencial ", que então é convertida na unidade de energia química do ATP.
No entanto, como o gradiente de prótons é criado em primeiro lugar, é mal compreendido. Isso é particularmente verdadeiro para uma parte da maquinaria molecular que as plantas usam nesse processo, chamada de complexo fotossintético 1 (PS-C1).
Mapeamento de transferência de elétrons
Os pesquisadores sabem que o PS-C1 é usado pelas plantas, incluindo muitas plantações importantes, para aumentar a produção de ATP em épocas de alto estresse, ajudando-as a continuar crescendo em condições difíceis, como pouca luz, seca ou altas temperaturas.
Agora, a equipe por trás do novo estudo mapeou como funciona um processo de transferência de elétrons necessário para configurar um gradiente de prótons no PS-C1, fornecendo informações importantes sobre como as plantas e bactérias fotossintéticas podem ganhar energia extra.
O principal pesquisador, Dr. Maxie Roessler, do Departamento de Química do Imperial, disse: "Com este estudo, contribuímos para a compreensão de como as células convertem a energia potencial em gradientes de prótons em energia química - um processo que sustenta quase toda a vida na Terra."
O co-líder Dr. Guy Hanke, da Queen Mary University, acrescentou: "Em última análise, esperamos que a compreensão de como o PS-C1 funciona nos permitirá, e a outros pesquisadores, manipular bactérias fotossintéticas para fins biotecnológicos. Isso pode incluir o apoio às demandas energéticas necessário para produzir compostos de alto valor, como produtos farmacêuticos de uma forma mais sustentável. "
A equipe de pesquisa espera que uma melhor compreensão do PS-C1 ajude, em última instância, a desenvolver culturas que possam suportar melhor os estresses induzidos pelas mudanças climáticas, como flutuações de temperatura e secas.
Aproveitando recursos extras de energia
O PS-C1 está embutido na membrana dos cloroplastos das plantas, permitindo-lhe controlar o movimento das moléculas através da membrana. Os pesquisadores sabiam que o PS-C1 deve atuar como uma "bomba de prótons" para criar o gradiente de prótons através da membrana, mas como ele faz isso tem sido difícil de estudar, já que o PS-C1 é uma máquina molecular tão grande e complexa.
Para estudar o PS-C1, a equipe usou uma técnica chamada espectroscopia de ressonância paramagnética de elétrons (EPR) para mapear a posição de elétrons únicos (desemparelhados). A transferência de elétrons entre partes do PS-C1 alimenta o movimento dos prótons, portanto, mapear o caminho de transferência de elétrons ajuda a fornecer informações sobre a maneira como os prótons se movem através da membrana.
A equipe espera que este estudo fundamental abra a porta para uma maior compreensão de como essa máquina molecular funciona e de maneiras potenciais de aproveitar sua capacidade de criar recursos de energia extra para plantas e bactérias que usam a fotossíntese. "A base funcional do transporte de elétrons no complexo fotossintético I," por Katherine Richardson et al., É publicada na Nature Communications .
