Tutti gli organismi viventi hanno bisogno di energia per la loro sopravvivenza, e questa energia viene indirettamente dal sole. Alcuni organismi, come piante, cianobatteri, e alghe, sono in grado di convertire direttamente questa energia luminosa in energia chimica tramite un processo chiamato "fotosintesi". Questi organismi fotosintetici contengono strutture speciali per mediare la fotosintesi, chiamati "fotosistemi".

Esistono due fotosistemi che effettuano reazioni di conversione luce-energia, ognuno dei quali è composto da un certo numero di proteine ​​e pigmenti. Tra i pigmenti fotosintetici, la clorofilla è la più cruciale, che non solo cattura l'energia luminosa dal sole, ma partecipa anche alla "catena di trasferimento degli elettroni, " un percorso molecolare attraverso il quale i fotoni (dalla luce solare) vengono convertiti in elettroni (che vengono utilizzati come fonte di energia). Esistono diversi tipi di molecole di clorofilla, ciascuno con una funzione specifica che va dall'assorbire la luce e convertirla in energia. Inoltre, ogni molecola di clorofilla assorbe la luce in diverse regioni. Recentemente, un nuovo tipo di clorofilla chiamato Chl F fu scoperto, ma dettagli come esattamente dove si trova e come funziona sono rimasti un mistero fino ad ora.

In un nuovo studio pubblicato su Comunicazioni sulla natura , un team di ricercatori guidati dal Prof. Tatsuya Tomo presso la Tokyo University of Science, Giappone, e includendo ricercatori che collaborano dall'Università di Okayama, Università di Tsukuba, Università di Kobe, e RIKEN, ha rivelato nuovi dettagli sulla posizione e le funzioni di Chl F . Volevano ottenere informazioni sul complesso processo della fotosintesi, poiché una comprensione approfondita di questo processo potrebbe avere diverse applicazioni future, come lo sviluppo delle celle solari. Parlando dello studio, Il prof. Tomo dice, "Il corso iniziale della fotosintesi inizia quando il pigmento fotosintetico legato a questo complesso fotochimico assorbe la luce. Abbiamo analizzato la struttura di un complesso fotochimico appena scoperto, fotosistema I con Chl F che ha un massimo di assorbimento sul lato a bassa energia della luce (luce rossa lontana). Inoltre, abbiamo analizzato la funzione di Chl F ."

Quello che gli scienziati sapevano finora era che Chl F è "spostato in un rosso lontano, " il che significa che questa molecola assorbe la luce rossa lontana dall'estremità inferiore dello spettro luminoso. Il prof. Tomo e il suo team hanno voluto scavare più a fondo, e per questo, hanno studiato l'alga in cui Chl F fu scoperto per la prima volta. Utilizzando tecniche come la microscopia crioelettronica, hanno analizzato in dettaglio la struttura ad alta risoluzione del fotosistema in questa alga e hanno scoperto che Chl F si trova alla periferia del fotosistema I (uno dei due tipi di fotosistemi) ma non è presente nella catena di trasferimento degli elettroni. Hanno anche scoperto che la luce rossa lontana provoca cambiamenti strutturali nel fotosistema, che sono accompagnati dalla sintesi di Chl F nelle alghe, portandoli a concludere che Chl F causa questi cambiamenti strutturali nel fotosistema I. È stato emozionante, poiché questa scoperta è la prima a spiegare come esattamente Chl F lavori.

Il prof Tomo dice, "I nostri risultati hanno rivelato che l'aspetto di Chl F è ben correlato con l'espressione dei geni del fotosistema I indotti sotto luce rossa lontana. Ciò indica che Chl F funzioni per raccogliere la luce rossa lontana e migliorare il trasferimento di energia in salita. Abbiamo anche scoperto che la sequenza amminoacidica del fotosistema I era alterata in modo da adattarsi alla struttura di Chl F ."

Comprendere le complessità della fotosintesi ha diverse applicazioni importanti. Per esempio, imitare il processo di fotosintesi in un sistema artificiale è un metodo elegante per catturare l'energia solare e convertirla in elettricità. Il prof Tomo elabora, "Circa la metà dell'energia solare che cade sulla terra è luce visibile, e l'altra metà è luce infrarossa. La nostra ricerca propone un meccanismo in grado di utilizzare la luce sullo spettro energetico inferiore, che non si è mai visto prima. I nostri risultati mostrano come migliorare l'efficienza del trasferimento di energia nella fotosintesi e, per estensione, forniscono anche importanti spunti sulla fotosintesi artificiale".