Ricerca Unipi. Troppa luce, scoperto come si difendono le piante

Pubblicato sulla rivista Nature Communications, lo studio dei ricercatori delle università di Pisa e Nantes apre nuove prospettive per migliorare le colture anche rispetto agli attuali cambiamenti climatici

Uno studio italo-francese ha identificato uno dei meccanismi attraverso il quale le piante si proteggono dall’eccessiva esposizione solare trasformando l’energia in calore.

La ricerca delle Università di Pisa e Nantes è stata pubblicato sulla rivista Nature Communications Condotto principalmente al Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale dell’Ateneo pisano, 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.

“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 – racconta la professoressa Benedetta Mennucci dell’Università di Pisa -  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 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.

“Per sopravvivere, le piante hanno bisogno di dissipare l’energia in eccesso, ma così facendo riducono l’efficienza della fotosintesi – spiega il dottor Lorenzo Cupellini ricercatore dell’Università di Pisa - 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”.

Il gruppo di ricerca della professoressa Mennucci da anni si occupa di studiare con tecniche computazionali i processi di cattura della luce in sistemi fotosintetici.

Questa ricerca pubblicata su Nature Communications è stata finanziata dal progetto europeo ERC Advanced Grant LIFETimeS coordinato dalla professoressa Benedetta Mennucci, progetto 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. Hanno inoltre partecipato allo studio Dario Calvani, all’epoca laureando magistrale del Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale dell’Università di Pisa e Denis Jacquemin, professore dell’Università di Nantes.

Nella foto: modello molecolare delle proteine antenna all’interno di una membrana; in basso i due pigmenti coinvolti nel meccanismo di dissipazione