Un'analisi strutturale ad alta risoluzione dei biochimici RIKEN del fotosistema I, che contiene clorofilla d e feofitina a, i pigmenti che assorbono la luce che si trovano in un batterio marino, potrebbe aiutare gli scienziati a scoprire come il microbo sopravvive nelle condizioni di luce a bassa energia del mare profondo.

Nella fotosintesi, impianti, le alghe e alcuni batteri sfruttano l'energia della luce solare per creare ossigeno e carboidrati dall'anidride carbonica e dall'acqua. Clorofilla, il pigmento responsabile di dare alle piante il loro colore verde, svolge un ruolo importante nell'assorbire la luce solare e nel convertirla in una forma utile di energia chimica.

Gli scienziati credevano che il fotosistema I, il complesso proteico di membrana presente in tutti gli organismi aerobici, utilizzato una forma di clorofilla chiamata clorofilla a per la fotosintesi. Ma questo è cambiato quando negli anni '90 è stato scoperto un cianobatterio marino che utilizza una diversa forma di clorofilla; Acaryochloris marina utilizza la clorofilla d per sfruttare le lunghezze d'onda della luce del rosso lontano, la cui energia era precedentemente considerata troppo bassa per essere utile per gli organismi tipici.

"Come A. marina utilizza la luce a bassa energia per la fotosintesi è stata una domanda di vecchia data, " nota Koji Yonekura, che guida il Gruppo Meccanismo Biostrutturale presso il RIKEN SPring-8 Center.

Ora, Tasuku Hamaguchi, Keisuke Kawakami, Yonekura e i loro colleghi hanno fatto luce su questa domanda analizzando la struttura del centro di reazione del fotosistema I, la parte della clorofilla che converte la luce solare in una forma di energia chimica che può essere utilizzata dal resto del macchinario fotosintetico, della clorofilla d in A. marina (Fig. 1). Lo hanno realizzato utilizzando la microscopia crioelettronica a una risoluzione più elevata rispetto a quella applicata in precedenza per esaminare questi complessi proteici.

L'analisi dei ricercatori ha rivelato che uno dei pigmenti che raccolgono la luce è la feofitina a, un cloro privo di metalli che differisce da altri centri di reazione di tipo I. Questa squisita combinazione di feofitina a e clorofilla d aiuta a spiegare alcuni modi in cui il cianobatterio può sfruttare in modo efficiente la bassa energia della luce rossa lontana per la fotosintesi.

I risultati del team potrebbero aiutarci a capire meglio come gli organismi fotosintetici sono in grado di sopravvivere in ambienti con scarsa illuminazione, sia qui sulla Terra che potenzialmente oltre. A. marina si trova in regioni dell'oceano estremamente scarsamente illuminate, ed è possibile che la vita oltre la Terra possa esistere in ambienti simili a scarsa illuminazione.

I ricercatori hanno realizzato la risoluzione senza precedenti in questo studio utilizzando una microscopia elettronica criogenica che produce immagini ad alta risoluzione superiori con un fascio di elettroni altamente coerente.

Il team intende continuare la ricerca su questo misterioso organismo e sul suo metodo per convertire la luce in energia chimica. Stanno anche applicando la stessa tecnica per studiare altre macromolecole biologiche. "Stiamo eseguendo microscopia elettronica criogenica a particella singola ad alta risoluzione di altri bersagli biologicamente importanti, " dice Yonekura.