Fotosintesi senza bruciature
Annunci
Troppo sole può rovinare una giornata in spiaggia. Può anche rovinare la fotosintesi, bruciando le piante e altri organismi che dipendono dalla cattura della luce solare per ottenere energia. Sotto le onde, però, le alghe hanno trovato uno scudo intelligente. I ricercatori della Osaka Metropolitan University e i loro colleghi hanno scoperto che un pigmento chiamato sifonina aiuta le alghe verdi marine a mantenere la fotosintesi senza scottarsi.
Nel sito L1, il pigmento siphoneina (arancione) si lega a un cluster di molecole di clorofilla (Chl a 610- a 612, verde), consentendo un efficiente spegnimento dell'energia.
Osaka Metropolitan University
Gli organismi fotosintetici si affidano a delicati complessi di raccolta della luce (LHC) per catturare la luce solare e ricavarne energia. Durante la fotosintesi, la clorofilla assorbe la luce ed entra in uno stato eccitato di singoletto. In condizioni di luce normali, questa energia viene trasferita in modo efficiente al centro di reazione fotosintetico per attivare le reazioni chimiche. Ma una luce eccessiva può spingere le molecole di clorofilla in un pericoloso stato "tripletto", fonte di specie reattive dell'ossigeno in grado di causare danni ossidativi.
"Gli organismi usano i carotenoidi per dissipare rapidamente l'energia in eccesso, o spegnere questi stati di tripletta, attraverso un processo chiamato trasferimento di energia tripletta-tripletta (TTET)", ha dichiarato Ritsuko Fujii, autore principale e professore associato presso la Graduate School of Science and Research Center for Artificial Photosynthesis della Osaka Metropolitan University.
Finora, tuttavia, le regole che governano questa fotoprotezione sono rimaste in gran parte sconosciute.
Il team di ricerca ha cercato una risposta nel Codium fragile, un'alga verde marina. Simile alle piante terrestri, possiede un'antenna per la raccolta della luce chiamata LHCII, ma con una particolarità: contiene carotenoidi insoliti come la sifonina e la sifonaxantina, che permettono all'alga di utilizzare la luce verde per la fotosintesi.
"La chiave del meccanismo di spegnimento sta nella rapidità e nell'efficienza con cui gli stati di tripletto possono essere disattivati", ha dichiarato Alessandro Agostini, ricercatore dell'Università di Padova e coautore dello studio.
Utilizzando la spettroscopia avanzata di risonanza paramagnetica degli elettroni (EPR), che rileva direttamente gli stati eccitati di tripletta, il team ha confrontato le piante di spinaci con quelle di Codium fragile. Negli spinaci, i deboli segnali degli stati di tripletta della clorofilla sono rimasti rilevabili. Al contrario, nel Codium fragile questi stati nocivi sono scomparsi del tutto, prova evidente che i carotenoidi del sistema algale li spengono completamente.
"La nostra ricerca ha rivelato che la struttura dell'antenna delle alghe verdi fotosintetiche ha un'eccellente funzione fotoprotettiva", ha dichiarato Agostini.
Combinando l'EPR con simulazioni chimiche quantistiche, il team ha individuato nella sifonina, situata in un sito di legame chiave nell'LHCII, il principale responsabile di questo notevole effetto protettivo. Il lavoro ha inoltre chiarito i principi elettronici e strutturali alla base di un'efficiente TTET, mostrando come la particolare struttura elettronica della sifonina e la sua posizione nel complesso LHCII ne rafforzino la capacità di dissipare l'energia in eccesso.
I risultati dimostrano che le alghe marine hanno evoluto pigmenti unici non solo per catturare la luce verde-blu disponibile sott'acqua, ma anche per migliorare la loro resilienza contro l'eccessiva luce solare.
Oltre a far progredire la nostra comprensione della fotosintesi, i risultati dello studio aprono la strada allo sviluppo di tecnologie solari bio-ispirate con meccanismi protettivi incorporati e sistemi di energia rinnovabile più durevoli ed efficienti.
"Speriamo di chiarire ulteriormente le caratteristiche strutturali dei carotenoidi che aumentano l'efficienza di spegnimento, consentendo in ultima analisi la progettazione molecolare di pigmenti che ottimizzino le antenne fotosintetiche", ha dichiarato Fujii.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Altre notizie dal dipartimento scienza
