La fotosintesi è il processo chimico in cui la luce solare permette di trasformare anidride carbonica e acqua in glucosio, lo zucchero che fa vivere le piante. Converte cioè la luce in energia chimica liberando tutto l’ossigeno che respiriamo, producendo le sostanze di cui ci nutriamo e, a cascata, i combustibili che utilizziamo per sostenere il nostro stile di vita.
Un gruppo di ricercatori del Dipartimento di Biologia dell’Università di Padova composto da Luca Carraretto, Elide Formentin, Enrico Teardo, Vanessa Checchetto, Tomas Morosinotto, Giorgio Mario Giacometti e Ildikò Szabò, in collaborazione con Martino Tomizioli e Giovanni Finazzi del Laboratorio di Fisiologia Cellulare e Vegetale del Cnrs di Grenoble ha pubblicato di recente su Science uno studio sulle funzioni della proteina TPK3. TPK3 è una proteina canale che trasporta cariche positive (ioni potassio) in senso inverso ai protoni (ioni idrogeno) attraverso la membrana fotosintetica. Così rende possibile e regola finemente la variazione del flusso di protoni, e di conseguenza, l’efficienza fotosintetica.
“L’identificazione del canale TPK3 è un passo importante verso la comprensione della regolazione e della flessibilità del processo fotosintetico alle condizioni ambientali”, ha commentato l’esperto mondiale nel campo della fotosintesi Jean-David Rochaix dell’Università di Ginevra in un articolo nello stesso numero di Science.
“In questo lavoro per la prima volta è stato identificato il ruolo del canale TPK3 nella fotosintesi e la sua localizzazione proprio nella membrana fotosintetica, i tilacoidi“, aggiunge Ildikò Szabò, che ha coordinato la ricerca, “Questa proteina controlla il flusso di ioni potassio e si è mostrato come la sua attività ricopra un ruolo fondamentale nella regolazione delle varie tappe della fotosintesi quando la radiazione solare disponibile nell’ambiente varia nella sua intensità. In assenza di tale regolazione le piante non sarebbero in grado di sopravvivere e prosperare in condizioni ambientali diverse. La definizione del ruolo del canale TPK3 può essere visto come un completamento della teoria chemiosmotica del Premio Nobel Peter Mitchell, che imputava al movimento di ioni attraverso la membrana biologica la produzione di energia necessaria per la generazione di ATP (la “moneta energetica” nelle cellule)”.
Lo studio ha inoltre evidenziato che, in piante in cui l’espressione del gene codificante per la proteina TPK3 è stato diminuito (tramite gene silencing), la mancanza di questa proteina non attiva l’innesco di processi di protezione dalla luce eccessiva, causando una crescita diminuita delle piante e un cambiamento del colore delle foglie.
“Grazie all’utilizzo di una particolare tecnica di spettroscopia di assorbimento risolta nel tempo (l’elettrocromismo)”, continua Giovanni Finazzi del Laboratorio di Fisiologia Cellulare e Vegetale del Cnrs di Grenoble, “abbiamo potuto misurare le diverse componenti del gradiente elettrochimico dei protoni in vivo, verificare il ruolo chiave del canale TPK3 nella regolazione del gradiente dei protoni e quindi della capacità delle piante a utilizzare la luce per la fotosintesi“.
Lo studio rappresenta un passo avanti nella comprensione dei meccanismi molecolari di un importante processo e potrà contribuire allo sviluppo di sistemi per convertire l’energia solare in un’altra forma facilmente utilizzabile come ad esempio un combustile liquido (biocarburante) alternativo a quelli fossili utilizzati oggi.
Riferimenti: A Thylakoid-Located Two-Pore K+ Channel Controls Photosynthetic Light Utilization in Plants; Luca Carraretto, Elide Formentin, Enrico Teardo, Vanessa Checchetto, Martino Tomizioli, Tomas Morosinotto, Giorgio Mario Giacometti, Giovanni Finazzi, Ildikó Szabó; Science Doi: 10.1126/science.1242113
Credits immagine: Astrid Photography./Flickr
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