p Pesquisadores da Washington University em St. Louis traçaram os caminhos de três canais de água em um antigo organismo fotossintético para fornecer o primeiro abrangente, estudo experimental de como aquele organismo usa e regula a água para criar energia. p A fotossíntese é a conversão química da luz solar em energia química por meio de uma cadeia de transporte de elétrons essencial para quase toda a vida em nosso planeta. Todas as plantas operam por fotossíntese, assim como as algas e certas variedades de bactérias.

p Himadri B. Pakrasi, Myron e Sonya Glassberg / Albert e Blanche Greensfelder University Professor ilustre e diretor, Centro Internacional de Energia, Meio Ambiente e Sustentabilidade, pesquisador pós-doutorado Daniel A. Weisz, e Michael L. Gross, professor de química, estudou o bisavô de todos os organismos fotossintéticos - uma espécie de cianobactéria - para desenvolver o primeiro mapa experimental do mundo aquático daquele organismo.

p A descoberta avança a pesquisa de fotossíntese, mas também apresenta um avanço na pesquisa de combustíveis verdes:

p Para converter a luz do sol em uma forma utilizável de energia, organismos fotossintéticos requerem água no "sítio ativo" do complexo de proteínas do Fotossistema II. Mas os canais pelos quais a água chega ao local ativo são difíceis de medir experimentalmente. As espécies reativas de oxigênio são produzidas no local ativo e viajam para longe dele, na direção oposta da água, deixando um "rastro de danos" em seu rastro.

p "Identificamos os locais danificados no Photosystem II usando espectrometria de massa de alta resolução e descobrimos que eles revelam vários caminhos centralizados no local ativo e conduzindo para longe dele até a superfície do complexo, "disse Weisz, autor principal do artigo publicado na edição de 17 de novembro da Avanços da Ciência . "Propomos que essas vias representem canais dentro do complexo que podem ser usados ​​para fornecer água ao local ativo."

p "O fotossistema II tem um mecanismo muito complexo, e é muito importante entender seus processos e evolução, "disse Pakrasi, que pesquisou cianobactérias extensivamente por mais de 25 anos. “Há um interesse crescente em energia verde, e nosso conhecimento do comportamento dessa enzima poderia algum dia ser usado para criar um sistema artificial que imite a enzima real para produzir uma quantidade abundante de energia sustentável. "

p O sítio ativo do Photosystem II é um aglomerado de manganês, íons de cálcio e oxigênio enterrados nas profundezas do complexo, longe do meio aquoso da célula. Os pesquisadores há muito especulam que o site ativo, ou cluster de manganês, deve ter um sistema de canal, e teórico, modelos gerados por supercomputadores tenuemente previram sua existência. Mas o movimento da água é difícil de caracterizar experimentalmente.

p Os pesquisadores seguiram um caminho indireto para delinear os canais. A "trilha de danos" é composta por 36 resíduos de aminoácidos de essencialmente três proteínas encontradas perto do aglomerado de manganês pelo espectrômetro de massa altamente sofisticado do químico Gross, que foi co-orientador de doutorado de Weisz junto com Pakrasi e também é nomeado para a Escola de Medicina da Universidade de Washington por seu trabalho em espectrometria de massa. Essas espécies reativas de oxigênio prejudiciais, também conhecidos como radicais, emanam e se dispersam do cluster para fora em direção ao meio aquoso da célula. Os radicais passam pelo fotossistema II como um tornado, atacar e danificar os componentes de aminoácidos mais próximos do fotossistema II que encontrarem ao longo do caminho.

p Como os radicais e a água têm propriedades semelhantes, tais como tamanho e hidrofilicidade, os pesquisadores propõem que os caminhos da trilha de danos saindo do aglomerado são muito semelhantes aos caminhos que a água segue para dentro em direção ao local ativo.

p “Estamos observando diretamente os caminhos que os radicais tomam, não aqueles de água, "Weisz disse." Mas, dadas as propriedades semelhantes dos radicais à água, bem como os resultados de modelagem de computador anteriores, acreditamos que esses caminhos são os mesmos que a água leva para dentro. "

p Essa abordagem para descobrir os canais de água é considerada um proxy porque é baseada no movimento dos radicais altamente reativos e não da própria água.

p O proxy, Weisz disse, "é como deixar um rastro de migalhas de pão ao longo de um caminho na floresta. Se alguém conseguir encontrar as migalhas de pão, eles podem refazer o caminho percorrido para fora da floresta. "

p Os pesquisadores foram capazes de identificar os muitos resíduos danificados devido à incrível precisão, velocidade e sensibilidade do instrumento de espectrometria de massa de Gross. "Com instrumentos anteriores que eram mais lentos e menos sensíveis, era mais difícil identificar com segurança um grande número de sites danificados, "Weisz disse." Os poderosos recursos deste instrumento nos permitiram obter esses resultados. "

p "As cianobactérias são as progenitoras dos cloroplastos nas plantas, "Disse Pakrasi." O fotossistema II é conservado em todos os organismos fotossintéticos oxigenados. Sabemos com certeza que a natureza concebeu esta máquina apenas uma vez, em seguida, transferiu-o das cianobactérias para as algas e as plantas. "