Un día de luz solar intensa puede hacer más que un simple viaje a la playa: también puede dañar el proceso de fotosíntesis, la forma en que las plantas y otros organismos convierten la luz solar en energía. Sin embargo, bajo el agua, algunas algas han desarrollado una forma única de mantenerse protegidas. Investigadores de la Universidad Metropolitana de Osaka y sus colaboradores han descubierto que un pigmento conocido como sifonina ayuda a las algas verdes marinas a continuar la fotosíntesis, incluso con luz intensa.
Protegiendo la maquinaria fotosintética
Los organismos fotosintéticos utilizan sistemas moleculares complejos conocidos como complejos recolectores de luz (LHC) para absorber la luz solar y convertirla en energía utilizable. Cuando la clorofila, el pigmento verde central de la fotosíntesis, absorbe luz, se excita y transmite esa energía a los centros de reacción que alimentan los procesos químicos. Sin embargo, bajo demasiada luz, la clorofila puede entrar en un peligroso estado “triplete”, creando moléculas reactivas de oxígeno que pueden dañar las células.
“Los organismos utilizan carotenoides para eliminar rápidamente el exceso de energía o apagar estos estados tripletes mediante un proceso llamado transferencia de energía triplete-triplete (TTET)”, dijo Ritsuko Fujii, autora principal y profesora asociada de la Escuela de Graduados en Ciencias y el Centro de Investigación para la Fotosíntesis Artificial de la Universidad Metropolitana de Osaka.
Hasta hace poco, no se entendían bien los detalles exactos de cómo funciona este mecanismo de protección.
Eche un vistazo más de cerca El codio es frágil
Para investigar, el equipo de investigación recurrió El codio es quebradizoUn tipo de alga verde marina. Al igual que las plantas terrestres, contiene un complejo de antenas captadoras de luz llamado LHCII, pero también contiene carotenoides raros como la sifonina y la sifonaxantina. Estos pigmentos permiten que las algas utilicen la luz verde, común en ambientes submarinos, para la fotosíntesis.
“La clave del proceso de extinción es la rapidez y eficiencia con la que se pueden desactivar los estados tripletes”, dijo Alessandro Agostini, investigador de la Universidad de Padua en Italia y coautor principal del estudio.
Los investigadores utilizaron espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica (EPR), una técnica que mide directamente los estados excitados tripletes, para comparar las espinacas. El codio es frágil. En las espinacas quedan rastros del nocivo estado triplete de clorofila. pero en El codio es frágilEstas señales desaparecieron por completo, lo que demuestra que sus carotenoides neutralizan con éxito la energía nociva.
“Nuestra investigación reveló que la estructura de antena de las algas verdes fotosintéticas tiene una excelente función fotoprotectora”, afirma Agostini.
Cómo la sifonina protege a las algas del daño solar
Combinando datos de EPR con simulaciones químicas cuánticas, los investigadores identificaron la sifonina, ubicada en un sitio de unión crítico en el complejo LHCII, como el pigmento clave responsable de esta defensa. También revelaron cómo su estructura molecular y su posición lo hacen particularmente eficaz para disipar el exceso de energía.
Estos resultados muestran que las algas marinas han desarrollado pigmentos especializados no sólo para absorber la luz azul verdosa disponible bajo el agua, sino también para resistir los efectos nocivos de la luz solar intensa.
Del descubrimiento del océano a la innovación solar
Más allá de mejorar nuestra comprensión de la fotosíntesis, esta investigación podría influir en el diseño de tecnologías solares bioinspiradas que se protejan del daño de la luz. Estos sistemas pueden conducir a soluciones de energía renovable más sostenibles y eficientes.
“Esperamos dilucidar aún más las características estructurales de los carotenoides que mejoran la eficiencia de extinción, permitiendo en última instancia el diseño molecular de pigmentos que optimizan las antenas fotosintéticas”, dijo Fujii.
El estudio fue publicado Informes Celulares Ciencias Físicas.
