Resumo
O alimento que comemos, em última análise, vem das plantas, seja diretamente ou indiretamente. A importância das plantas como cozinha global nunca pode ser subestimada. As plantas “comem” a luz solar e o dióxido de carbono para produzir seu próprio alimento e alimento para os milhões de outros organismos que dependem delas. Uma molécula, a clorofila (Chl), é crucial para esse processo, pois absorve a luz solar. No entanto, a forma como as plantas pousam produzir seus alimentos é muito diferente da forma como as plantas nos oceanos produzem seus alimentos. Como é difícil para a luz chegar por baixo da água nos oceanos, a produção de alimentos, cientificamente chamada de fotossíntese, torna-se muito lenta. Ficobiliproteínas são proteínas que fazem esse trabalho mais fácil, absorvendo a luz disponível e passando-a para Chl. Essas ficobiliproteínas são encontradas em organismos minúsculos e invisíveis chamados cianobactérias. Suas reações de “produção de alimentos” são essenciais para a sobrevivência de muitos organismos vivos como peixes, pássaros e outros mares vida. Portanto, é muito importante que todos entendam como as cianobactérias produzem seus alimentos e que papéis importantes as ficobiliproteínas desempenham no processo.
Como os seres vivos obtêm seus alimentos?
Quando você pensa em comida, costuma pensar em imagens da sua comida favorita? Este é um processo natural, pois o alimento é importante para todos os seres vivos. Para atender a essa necessidade básica, todos os seres vivos produzem sua própria comida ou a obtêm de alguma outra fonte. Os humanos podem comer plantas e animais. Alguns animais consomem outros animais, enquanto alguns animais comem plantas como seu alimento. Em última análise, vemos que todos neste planeta dependem das plantas para se alimentar. Mas então, o que as plantas comem? Na verdade, as plantas “comem” a luz do sol e um gás chamado dióxido de carbono, ambos facilmente disponíveis aqui na Terra. O processo pelo qual as plantas terrestres produzem seus próprios alimentos usando a luz solar e o dióxido de carbono é conhecido como fotossíntese (Figura 1). o dióxido de carbono é absorvido pelas folhas, a luz do sol é capturada por uma molécula química da planta, chamada clorofila (Chl). Todos os organismos fotossintéticos contêm Chl.
- Figura 1 – Uma visão simplificada de como as plantas produzem alimentos para nós.
- As folhas de plantas verdes contêm clorofila, que absorve a luz solar para a produção de alimentos. Esse alimento é então usado pela própria planta e também por outros animais, incluindo humanos.
No entanto, a maneira como as plantas terrestres realizam a fotossíntese não ajuda os organismos que vivem nos oceanos, que cobrem quase 70% de nosso planeta. As plantas nos oceanos enfrentam problemas de inteligência h disponibilidade de luz. As porções azul e verde da luz penetram na água mais do que as porções amarela e vermelha da luz (Figura 2). Felizmente, as plantas oceânicas obtêm ajuda na produção de alimentos com luz e dióxido de carbono tão limitados, de minúsculos micróbios microscópicos chamados cianobactérias (também conhecidas como algas verde-azuladas). Esses micróbios se adaptaram às condições de pouca luz e realizam a fotossíntese para si próprios e para o benefício de outros seres vivos. As cianobactérias são micróbios antigos que vivem em nossa Terra há bilhões de anos. Diz-se que as cianobactérias são responsáveis pela criação da atmosfera cheia de oxigênio em que vivemos. Para realizar a fotossíntese em condições de baixa luminosidade, as cianobactérias contam com a ajuda de proteínas chamadas ficobiliproteínas, que se encontram enterradas nas membranas celulares (revestimento externo) das cianobactérias.
- Figura 2 – Penetração da luz solar nos oceanos.
- A luz solar é composta de diferentes cores: V, violeta; B, azul; G, verde; Y, amarelo; O, laranja; e R, vermelho. As cores azul e verde atingem até 200 m dentro da água, enquanto todas as outras cores, incluindo o violeta, podem atingir apenas até os primeiros 100 m dentro dos oceanos. As setas representam a profundidade na qual diferentes cores de luz alcançam os oceanos.
O que são ficobiliproteínas?
Ficobiliproteínas desempenham o papel de assistentes de Chl em ambientes aquáticos (água). Como a luz tem dificuldade para penetrar nos oceanos, as ficobiliproteínas tornam esse trabalho mais fácil, absorvendo qualquer luz disponível; eles absorvem a porção verde da luz e a transformam em luz vermelha, que é a cor da luz exigida por Chl. Porém, mudar a cor da luz não é tão fácil quanto parece. A luz verde precisa passar por diferentes moléculas de ficobiliproteína, que absorvem a luz de uma cor e emitem a luz de outra. A cor emitida é então absorvida por uma segunda ficobiliproteína, que a transforma em uma terceira cor.Este processo continua até que a luz emitida seja vermelha, que pode finalmente ser captada por Chl. Para que todo esse processo ocorra, temos três tipos diferentes de moléculas de ficobiliproteína dispostas como uma espécie de chapéu sobre a molécula de Chl, como você pode ver na Figura 3. Esses três tipos de ficobiliproteínas são:
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(a) C-ficoeritrina (CPE), de cor vermelho-rosada e responsável por absorver a porção verde da luz solar.
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(b) Ficocianina C (CPC), de cor azul profundo e responsável por absorver a porção vermelho-alaranjada da luz solar.
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(c) Aloficocianina (APC ), de cor azul clara e responsável por absorver a porção vermelha da luz do sol.
- Figura 3 – Arranjo em forma de chapéu de ficobiliproteínas e clorofila (Chl) em cianobactérias.
- A luz verde é primeiro absorvida por C -ficoeritrina que o transmite para a C-ficocianina (CPC). O CPC passa ainda mais a energia da luz para a aloficocianina (APC) que a transfere para Chl para fotossíntese, usando a luz vermelha.
O motivo pelo qual as ficobiliproteínas absorvem luz de cores diferentes é que contêm moléculas químicas chamadas bilinas dentro delas, que lhes dão suas cores brilhantes. Essas bilinas são responsáveis por absorver a luz de uma cor e emitir luz de outra cor, causando uma mudança na cor da luz. Instrumentos avançados nos permitem analisar o arranjo dessas moléculas e proteínas nas cianobactérias. Sabemos que ficobiliproteínas têm a forma de discos e os discos são empilhados uns sobre os outros para formar uma estrutura semelhante a um chapéu. Uma extremidade da pilha é feita de CPE, enquanto a outra extremidade é feita de CPC. Este conjunto se une ao núcleo, feito de APC. Toda essa estrutura está ligada a Chl, que aceita a luz vermelha emitida pela APC. O arranjo da estrutura em forma de chapéu foi mostrado na Figura 3.
Como ocorre a transferência de energia da luz nas ficobiliproteínas?
A mudança na cor da luz de verde para vermelho ocorre lugar através de um processo conhecido como fluorescência. Vamos ver o que é fluorescência. Imagine um recipiente transparente cheio de um líquido rosado que, quando iluminado por uma lanterna, dá um brilho laranja! É exatamente isso que o CPE faz (Figura 4). Todas as ficobiliproteínas possuem esta propriedade estimulante de emitir luz visível de uma cor diferente da cor da luz que incide sobre elas. Depois que o CPE muda a luz verde para amarelo-laranja, o CPC pega a luz amarelo-laranja e muda para vermelho claro. APC pega essa luz vermelha clara e a muda para uma luz vermelha profunda para Chl. Então, agora temos a luz verde alterada para vermelha, que é a cor da luz que a natureza pretendia que o Chl absorvesse. Todo o processo é uma espécie de corrida de revezamento, onde cada participante retoma de onde o anterior parou (Figura 5). Essas ficobiliproteínas são uma parte importante dos minúsculos organismos microscópicos chamados cianobactérias, que realizam a fotossíntese quase da mesma forma que as plantas terrestres. A única diferença é que eles usam um conjunto diferente de moléculas químicas – as cianobactérias usam ficobiliproteínas enquanto as plantas terrestres usam Chl.
- Figura 4 – Propriedade de fluorescência da C-ficoeritrina (CPE).
- A cor branca da luz produzida pela lanterna é alterada para luz laranja-amarelada por CPE, para ser absorvida por C-ficocianina.
- Figura 5 – Ficobiliproteínas mudam a cor da luz de verde para vermelho, para que possa ser usada para fotossíntese.
- A luz de cor verde é absorvida pela C-ficoeritrina (CPE), que muda a cor da luz para laranja amarelado. A luz laranja é captada pela C-ficocianina (CPC), que posteriormente a transforma em vermelho claro. A cor vermelha clara é absorvida pela aloficocianina (APC), que a transforma em vermelho. A cor vermelha é finalmente absorvida pela clorofila, para a produção de alimentos por meio da fotossíntese.
O que aprendemos?
Então, agora sabemos que a fotossíntese é o processo pelo qual as plantas produzem seus alimentos, usando Chl. Também sabemos que a quantidade reduzida de luz disponível nos oceanos diminui esse processo fotossintético. A natureza desenvolveu algumas moléculas químicas auxiliares conhecidas como ficobiliproteínas, que são capazes de absorver as cores da luz disponíveis nos oceanos e transformar essa luz em uma cor que as moléculas de Chl podem usar. Essas ficobiliproteínas são encontradas em pequenas cianobactérias invisíveis a olho nu, cuja fotossíntese é responsável por fornecer alimento para os organismos vivos nos oceanos e também por produzir o oxigênio em nossa atmosfera que respiramos a cada segundo.Não é emocionante que esses minúsculos organismos possam fazer tanta diferença para a vida marinha? No futuro, esperamos obter mais compreensão das funções das ficobiliproteínas e dos papéis que podem desempenhar para o benefício da humanidade.
Glossário
Fotossíntese: um processo pelo qual as plantas produzem alimentos para si próprios e para outros organismos usando a luz solar e o gás dióxido de carbono.
Clorofila: Uma molécula química presente nas plantas que absorve a luz solar para a fotossíntese.
Ficobiliproteínas: pigmentos coloridos encontrados nas cianobactérias e certos outros organismos, que ajudam na fotossíntese, absorvendo certas cores de luz que a clorofila não consegue absorver.
Fluorescência: Propriedade de certos compostos de absorver uma cor de luz e emitir outra cor. Ficobiliproteínas usam esta propriedade para alterar a cor da luz que absorvem para que a luz possa ser usada para fotossíntese.
Declaração de Conflito de Interesse
Os autores declaram que a pesquisa foi conduzida no ausência de quaisquer relações comerciais ou financeiras que possam ser interpretadas como um potencial conflito de interesses.
Agradecimentos
Este manuscrito recebeu o número de registro CSIR-CSMCRI – 114/2016. TG agradece a AcSIR pelo Ph.D. inscrição e CSIR (CSC 0105) para suporte financeiro.
