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Nanotecnologia

Fotossíntese começa a ser filmada com raios X ultracurtos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/11/2019

Raios X ultracurtos começam a filmar a fotossíntese
Pulsos ultracurtos de raios X atingem amostras cristalizadas, gerando padrões de difração que podem ser remontados em imagens detalhadas.
[Imagem: Shireen Dooling/Biodesign Institute ASU]

Filmando a fotossíntese

Cinco anos atrás, a equipe das professoras Petra Fromme e Nadia Zatsepin, da Universidade do Estado do Arizona, nos EUA, conseguiram as primeiras fotografias da fotossíntese em ação.

Agora, juntamente com um grande grupo internacional, elas partiram para colocar as fotografias em ação, dando os primeiros passos para mostrar um filme da fotossíntese.

A capacidade de transformar a luz solar em energia é um dos feitos mais notáveis da natureza. Os cientistas entendem "grosso modo" o processo básico da fotossíntese, mas muitos detalhes cruciais permanecem inescrutáveis porque ocorrem em dimensões e em escalas de tempo minúsculas demais para serem investigadas.

A equipe encontrou um instrumento adequado para começar a observar a fotossíntese nessas magnitudes no laboratório EuXFEL (Laboratório Europeu de Raios X por Laser de Elétrons Livres), na Alemanha, uma instalação que acabou de entrar em operação e que é capaz de emitir pulsos de raios X na frequência dos megahertz (femtossegundos), o que é mais de 9.000 vezes mais rápido do que qualquer instalação similar.

Raios X ultracurtos começam a filmar a fotossíntese
Mapa de densidade eletrônica e modelo de vários elementos estruturais do fotossistema I.
[Imagem: Chris Gisriel et al. - 10, Article number: 5021]

Fotossíntese em câmera lenta

Com essas explosões de raios X incrivelmente curtas, os pesquisadores conseguiram gravar o andamento dos processos envolvendo o fotossistema I, um grande sistema biomolecular que atua como um conversor de energia solar, transformando energia solar em energia química nas plantas e algas - o fotossistema I foi descoberto antes que o fotossistema II, mas a ordem não indica uma sequência na fotossíntese.

"Este trabalho é importante demais, já que mostra a primeira prova de conceito da cristalografia serial megahertz com uma das maiores e mais complexas proteínas de membrana na fotossíntese: o fotossistema I," comentou Fromme. "O trabalho abre caminho para estudos resolvidos no tempo no EuXFEL para determinar filmes moleculares do caminho dos elétrons impulsionados pela luz na fotossíntese, ou para visualizar como as drogas contra o câncer atacam proteínas com defeito".

Na cristalografia serial de femtossegundos, um jato de cristais de proteína é injetado no caminho do feixe de raios X pulsados a temperatura ambiente, gerando informações estruturais na forma de padrões de difração.

A partir desses padrões, os cientistas podem determinar imagens em escala atômica das proteínas em condições quase nativas, abrindo caminho para fazer filmes precisos das moléculas em funcionamento, eventualmente esclarecendo todos os pormenores da fotossíntese e de muitos outros processos ultrarrápidos.

Bibliografia:

Artigo: Membrane protein megahertz crystallography at the European XFEL
Autores: Chris Gisriel et al.
Revista: Nature Communications
Vol.: 10, Article number: 5021
DOI: 10.1038/s41467-019-12955-3






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