Ecco il meccanismo che permette alle piante di difendersi dalla troppa luce

Uno studio delle università di Pisa e Nantes apre nuove prospettive per migliorare le colture anche rispetto ai cambiamenti climatici

[11 Febbraio 2020]

Lo studio “Charge transfer from the carotenoid can quench chlorophyll excitation in antenna complexes of plants”, pubblicato recentemente su Nature Communications da Lorenzo Cupellini, Dario Calvani, Benedetta Mennucci del Dipartimento di chimica e chimica industriale dell’università di Pisa e da Denis Jacquemin del Laboratoire CEISAM-UMR CNRS dell’Université de Nantes, ha identificato uno dei meccanismi attraverso il quale le piante si proteggono dall’eccessiva esposizione solare trasformando l’energia in calore.

Secondo il team italo-francese, «Lo studio apre la strada a nuove strategie genetiche per adattare le piante ad ambienti sfavorevoli e per ottimizzare la produttività delle colture anche in risposta agli attuali cambiamenti climatici».

Il gruppo di ricerca della professoressa Mennucci da anni studia con tecniche computazionali i processi di cattura della luce in sistemi fotosintetici e la ricerca pubblicata su Nature Communications è stata finanziata dal progetto europeo ERC Advanced Grant LIFETimeS, coordinato dalla stessa Mennucci, che si occupa di spiegare, con modelli molecolari e simulazioni al computer, quali sono i meccanismi attraverso i quali le proteine percepiscono, usano e rispondono alla luce.

La Mennucci spiega che «I meccanismi con cui le piante si difendono dall’eccesso di luce che può danneggiarle provocando la distruzione delle cellule sono molteplici e ancora oggi non completamente chiariti, Attraverso simulazioni al computer basate su calcoli quantomeccanici, in questo studio per la prima volta abbiamo identificato un meccanismo molecolare di dissipamento dell’energia che coinvolge particolari proteine chiamate ‘antenne’”».

I ricercatori pisani hanno dimostrato che «Le proteine “antenne” utilizzano una coppia di particolari pigmenti, una clorofilla ed un derivato del carotene, detto luteina. E’ infatti proprio quest’ultimo che, donando un elettrone alla clorofilla, “spegne” velocemente il suo stato elettronico eccitato e quindi dissipa l’energia sotto forma di calore».

Cupellini conclude: «Per sopravvivere, le piante hanno bisogno di dissipare l’energia in eccesso, ma così facendo riducono l’efficienza della fotosintesi, I nostri calcoli indicano come le proteine possono controllare con precisione il meccanismo di dissipazione. Infatti, generando campi elettrici e modificando impercettibilmente le posizioni dei pigmenti, le proteine riescono ad attivare o a disattivare completamente tale meccanismo, lasciando quindi catturare ai pigmenti tutta l’energia disponibile».