Le piante sono molto efficienti nel trasformare i fotoni in elettroni. Ma il trasporto di questi elettroni è un processo caotico, Lo hanno scoperto gli scienziati dell'Università di Groningen. Hanno usato la dinamica molecolare per visualizzare il funzionamento del fotosistema II e hanno pubblicato i loro risultati il ​​10 maggio in Comunicazioni sulla natura .

Le piante e alcuni batteri utilizzano il complesso del fotosistema II (PSII) per convertire i fotoni in elettroni liberi, che vengono trasportati dalla molecola plastochinone al passaggio successivo della catena. Dopo diversi passaggi, questi elettroni sono usati per produrre il vettore energetico universale delle cellule, ATP. Ma ciò che era sconosciuto è come il plastochinone entri ed esca dal complesso PSII per svolgere il suo compito vitale.

Blocco solido

"La struttura di PSII era già nota. Sulla base di questa struttura statica, è stato dedotto che ci sono due canali attraverso i quali il plastochinone entra ed esce, " spiega Siewert-Jan Marrink, professore di dinamica molecolare all'Università di Groningen. "Ma si scopre che non è così semplice." Marco, il suo dottorato di ricerca lo studente Floris van Eerden ei loro colleghi hanno utilizzato la dinamica molecolare per studiare l'interazione di PSII e plastochinone. Ciò significava modellare l'enorme complesso PSII, che consiste di diverse proteine ​​e altre molecole associate in un enorme cluster di computer e che calcola le interazioni delle diverse parti.

Floris van Eerden ha fatto la maggior parte della modellazione. "Ci sono voluti circa due anni per far funzionare tutto, " spiega. Non ha modellato solo il complesso, ma anche la membrana lipidica in cui è incastonato come parte dei cloroplasti. All'inizio, i risultati non sembravano promettenti. "PSII è molto stabile, quindi sta lì come un solido blocco, " dice Van Eerden. Ma guardando più in dettaglio, è emerso un quadro più dinamico:le molecole di plastochinone in particolare si sono rivelate molto mobili. "Nel suo stato non ridotto, senza gli elettroni in più, il plastochinone è entrato nel complesso PSII ed è rimasto nell'intercapedine di scambio, 'dove è legato. E dopo aver raccolto gli elettroni, ha lasciato questo sito."

agricoltura

La sorpresa è stata il modo apparentemente scoordinato in cui accade. "L'idea sul campo era che ci fossero due canali attraverso i quali il plastochinone potesse passare:uno sarebbe stato l'ingresso, l'altro l'uscita, " dice Marrink. Come si è scoperto, c'erano tre canali, che potrebbero essere tutti utilizzati per entrare o uscire dal complesso. "La natura si è rivelata meno ordinata di quanto pensavamo."

Qualsiasi molecola di plastochinone nella membrana entrerebbe rapidamente nel complesso PSII, ma potrebbe lasciarlo di nuovo senza elettroni, o librarsi all'interno del complesso per un po' prima di legarsi definitivamente nella cavità di scambio, dove potrebbe accettare elettroni. Marrink dice, "È tutto molto dominato dall'entropia."

Ancora, l'intero processo di conversione di un fotone catturato in un elettrone, che viene poi spostato attraverso la conduttura per produrre il vettore energetico cellulare universale ATP è estremamente efficiente. Più dei sistemi fotovoltaici creati dall'uomo. Forse possiamo imparare qualcosa dalla natura. E l'agricoltura potrebbe trarre beneficio a lungo termine dalle nuove intuizioni sul funzionamento del PSII. "Molti erbicidi agiscono su questo sistema, " dice Van Eerden. Ma nel complesso, sta svelando un po' della maestosa complessità del sistema che entusiasma gli scienziati. "È davvero incredibile, ", conclude Marrink.