Gli scienziati hanno rivelato intricati cambiamenti strutturali nelle piante, funghi e batteri in risposta alla luce, secondo un nuovo studio pubblicato oggi sulla rivista ad accesso aperto eLife .

I risultati forniscono nuove informazioni sulla funzione delle molecole proteiche chiamate fitocromi che sono presenti in questi tre tipi di organismi. I risultati potrebbero portare a strumenti che controllano la funzione dei fitocromi per ottenere modelli di crescita più efficienti nelle piante e nelle colture.

Le piante si adattano costantemente ai cambiamenti di luce e controllano i loro schemi di crescita in base alla disponibilità di luce. Raggiungono questo attraverso i fitocromi, l'origine del rilevamento della luce in tutta la vegetazione sulla Terra. I fitocromi possono assumere due forme diverse a seconda della luce disponibile. Per ottenere questo cambiamento di forma, si verifica una cascata di segnali a partire dal cromoforo, il punto all'interno del fitocromo in cui viene assorbita la luce.

"Il fitocromo consente agli organismi di distinguere tra due colori di luce, dare piante, funghi e batteri visione primitiva a due colori, " spiega l'autore principale Elin Claesson, uno studente di dottorato presso l'Università di Göteborg, Svezia. "La chiave della sua funzione è la risposta iniziale alla luce, dove il segnale luminoso viene tradotto in cambiamenti strutturali in una frazione di secondo. I meccanismi che consentono questa traduzione sono poco conosciuti, perché la tecnologia per studiare i fitocromi immediatamente dopo che la luce li raggiunge non era disponibile in precedenza".

Per colmare questa lacuna, la squadra guidata da Sebastian Westenhoff, Professore presso il Dipartimento di Chimica e Biologia Molecolare, Università di Göteborg, e Marius Schmidt, Professore presso il Dipartimento di Fisica, Università del Wisconsin-Milwaukee, NOI, ha utilizzato un nuovo laser a raggi X in grado di catturare immagini di proteine ​​a livello atomico ogni 10 femtosecondi (un quadrilionesimo di secondo). Ciò ha permesso loro di rivelare il movimento di ciascun componente atomico della proteina fitocromo e di mettere insieme la cascata di eventi che innesca la crescita in risposta alla luce.

Il team ha trovato riarrangiamenti sorprendentemente grandi del cromoforo e delle strutture proteiche circostanti subito dopo l'assorbimento della luce. Hanno osservato la torsione di una parte del cromoforo chiamato anello a D, che a sua volta provoca lo spostamento degli anelli vicini così come i cambiamenti degli atomi intorno al cromoforo. Sorprendentemente, scoprirono anche il rilascio di una molecola d'acqua, chiamata acqua di pirrolo, che si trova nello stesso posto nei fitocromi di tutti gli organismi.

"Questi risultati dimostrano che la risposta iniziale alla luce è altamente collettiva e che molte parti del cromoforo e della proteina fitocromo svolgono un ruolo importante, " conclude l'autore senior Sebastian Westenhoff. "Il nostro studio conferma un precedente modello di lavoro del movimento di torsione dell'anello a D e suggerisce che anche la molecola di pirrolo dell'acqua è importante in questo processo. Proponiamo che entrambi gli eventi chimici lavorino insieme consentendo alle proteine ​​del fitocromo di tradurre la luce in segnali strutturali, guidare la crescita e lo sviluppo delle piante, funghi e batteri sulla Terra".