La fotosintesi clorofilliana nelle piante è un processo noto nei suoi principi generali di funzionamento, ma l’analisi delle sue varie fasi e componenti può ancora portare all’arricchimento delle conoscenze con ricadute importanti sulle tecnologie
La ricerca del Politecnico di Torino, pubblicata sulla importante rivista Nature Communications, studia le relazioni molecolari tra le proteine della fotosintesi clorofilliana e le sue scoperte possono avere ricadute in quegli ambiti che studiano le applicazioni biomimetiche, in particolare nel campo della produzione di energia.
La fotosintesi: un processo complesso
La fotosintesi è essenziale per la vita sulla terra come la conosciamo oggi. Consente la produzione dell’ossigeno sfruttando l’energia solare. È un processo molto complesso con ancora molti aspetti da chiarire. Fondamentale per la fotosintesi è il grosso complesso proteico enzimatico chiamato Fotosistema II (PSII). Il complesso proteico, all’interno delle piante, agisce per primo nel processo di conversione dell’energia luminosa in energia chimica ed è responsabile della produzione di ossigeno.
Questo enzima si trova all’interno dei tilacoidi, membrane fotosintetiche con una forma simile a dei sacchetti appiattiti, dove ha la funzione di raccogliere la luce solare e convertirla in energia chimica durante la fase luminosa della fotosintesi. Nelle piante, per ottimizzare la raccolta dell’energia luminosa, al Fotosistema II si associano delle proteine antenna (LHCII), ed insieme formano un insieme chiamato “supercomplesso PSII-LHCII”. Parecchi di questi supercomplessi sono presenti in ogni tilacoide. Nelle piante, i tilacoidi sono principalmente impilati l’uno sopra l’altro in pile, dette grana. Nei grana, i supercomplessi PSII-LHCII, assorbendo energia solare, riescono a scindere l’acqua, producendo ossigeno molecolare che, liberato in atmosfera, è vitale per la sopravvivenza di moltissimi organismi.
Nuove importanti interazioni molecolari
La ricerca è stata avviata nel 2014 e coordinata da Cristina Pagliano del Dipartimento Scienza Applicata e Tecnologia del Politecnico di Torino, assieme al professor Guido Saracco. I ricercatori hanno indagato come i supercomplessi PSII–LHCII, presenti in ogni tilacoide, potessero interagire tra i “sacchetti” adiacenti uno all’altro e alla fine stabilizzare la struttura dei grana. Per farlo hanno adottato due tecniche: una, chiamata crio-microscopia elettronica, ha permesso di vedere in 3D ad alta risoluzione i supercomplessi e l’altra, chiamata spettrometria di massa abbinata a cross-linking, ha permesso di identificare le proteine dei supercomplessi adiacenti che interagiscono tra di loro.
La prima tecnica ha visualizzato esattamente la conformazione appaiata e quindi il legame tra un supercomplesso e l’altro mentre la seconda, utilizzando delle sorte di “colle molecolari” ha permesso di capire come gli amminoacidi delle varie proteine si legano e interagiscono fra di loro. Combinando i dettagli molecolari ottenuti si è riusciti a dare un nome alle proteine responsabili delle interazioni che determinano l’appaiamento dei supercomplessi PSII-LHCII e provare il loro diretto coinvolgimento nel mantenere stabile la disposizione impilata dei tilacoidi in grana. Si tratta di un traguardo importante sia per la ricerca di base sia per i risvolti che si possono attuare nelle tecnologie dell’energia rinnovabile. La conoscenza dei processi molecolari della fotosintesi fornisce infatti un modello per disegnare tecnologie fotosintetiche artificiali per produrre combustibili solari e per creare sistemi basati su semiconduttori per la scissione dell’acqua e per la produzione di idrogeno su larga scala. La dottoressa Cristina Pagliano ha dichiarato:
Questo risultato è frutto di una ricerca “integrativa”, sia per le tecniche complementari utilizzate sia per l’effettiva integrazione con gruppi di ricerca italiani ed europei, in questo caso quello del Dr. Scheltema della Utrecht University, che hanno collaborato nei vari anni allo studio. Solo lavorando in sinergia, ciascuno puntando sulle proprie competenze e nel rispetto di quelle altrui, possiamo raggiungere traguardi importanti nella ricerca.
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