Os organismos fotossintanãticos captam a luz do sol para produzir a energia de que precisam para sobreviver. Um novo artigo publicado por pesquisadores da Universidade de Chicago revela seu segredo: explorar a meca¢nica qua¢ntica.

"Antes deste estudo, a comunidade cienta­fica viu assinaturas qua¢nticas geradas em sistemas biola³gicos e fez a pergunta: esses resultados eram apenas uma consequaªncia da biologia sendo construa­da a partir de molanãculas, ou eles tinham um propa³sito?" disse Greg Engel, professor de química e autor saªnior do estudo. "Esta éa primeira vez que vemos a biologia explorando ativamente os efeitos qua¢nticos ."

Os cientistas estudaram um tipo de microorganismo chamado bactanãrias verdes de enxofre. Essas bactanãrias precisam de luz para sobreviver, mas mesmo pequenas quantidades de oxigaªnio podem danificar seu delicado equipamento fotossintanãtico. Portanto, eles devem desenvolver maneiras de minimizar os danos quando a bactanãria encontra oxigaªnio.

Para estudar esse processo, os pesquisadores rastrearam o movimento da energia por meio de uma protea­na fotossintanãtica sob diferentes condições - com oxigaªnio ao redor e sem.

Eles descobriram que a bactanãria usa um efeito meca¢nico qua¢ntico chamado mistura vibra´nica para mover energia entre duas vias diferentes, dependendo da existaªncia ou não de oxigaªnio. A mistura vibra´nica envolve caracteri­sticas vibracionais e eletra´nicas em moléculas que se acoplam umas a s outras. Em essaªncia, as vibrações se misturam tão completamente com os estados eletra´nicos que suas identidades se tornam insepara¡veis. Essa bactanãria usa esse fena´meno para guiar a energia para onde ela precisa ir.

Se não houver oxigaªnio por perto e a bactanãria estiver segura, a bactanãria usa a mistura vibra´nica combinando a diferença de energia entre dois estados eletra´nicos em um conjunto de moléculas e protea­nas chamado complexo FMO, com a energia da vibração de uma molanãcula de bacterioclorofila. Isso estimula a energia a fluir pelo caminho "normal" em direção ao centro de reação fotossintanãtica, que estãorepleto de clorofila.

Mas se houver oxigaªnio por perto, o organismo evoluiu para direcionar a energia por um caminho menos direto, onde pode ser extinta. (Resfriar a energia ésemelhante a colocar a palma da ma£o em uma corda vibrante de viola£o para dissipar a energia.) Dessa forma, a bactanãria perde um pouco de energia, mas salva todo o sistema.

Para conseguir esse efeito, um par de resíduos de cistea­na no complexo fotossintanãtico atua como um gatilho: cada um deles reage com o oxigaªnio do ambiente perdendo um pra³ton, o que interrompe a mistura vibra´nica. Isso significa que a energia agora se move preferencialmente pelo caminho alternativo, onde pode ser extinta com segurança. Esse princa­pio éum pouco como bloquear duas pistas em uma superestrada e desviar parte do tra¡fego para estradas locais onde hámuito mais saa­das.

"O que éinteressante sobre esse resultado éque estamos vendo a protea­na ligar e desligar o acoplamento vibra´nico em resposta a smudanças ambientais na canãlula", disse Jake Higgins, estudante de graduação no Departamento de Quí­mica e principal autor do artigo. "A protea­na usa o efeito qua¢ntico para proteger o organismo dos danos oxidativos."

Essas descobertas trazem uma revelação nova e empolgante sobre a biologia; usar um mecanismo explicitamente qua¢ntico para proteger o sistema mostra uma adaptação importante e que os efeitos qua¢nticos podem ser importantes para a sobrevivaªncia.

Este fena´meno provavelmente não se limita a s bactanãrias verdes de enxofre, disseram os cientistas. Como Higgins explicou, "A simplicidade do mecanismo sugere que ele pode ser encontrado em outros organismos fotossintanãticos em toda a paisagem evolutiva. Se mais organismos forem capazes de modular dinamicamente acoplamentos meca¢nicos qua¢nticos em suas moléculas para produzirmudanças maiores na fisiologia, poderia haver um todo um novo conjunto de efeitos selecionados pela natureza que ainda não conhecemos. "