Studio computazionale dei complessi LH2 dei batteri fotosintetici per spiegare l’adattamento delle forme di vita agli ambienti scarsamente illuminati.
Quinto appuntamento con il progetto DSCM di comunicazione della scienza nato dalla collaborazione con Microbiologia Italia. L’articolo divulgativo del mese di maggio è stato realizzato dal Dott. Felipe Cardoso Ramos e curato dal Dott. Nicola Di Fidio. “Il processo di fotosintesi, in piante, alghe o batteri, inizia con l’assorbimento della luce solare da parte dei complessi proteici di raccolta della luce (LH) contenenti diversi cromofori. Quest’ultimi sono molecole o sistemi di legami chimici in grado di assorbire radiazioni elettromagnetiche nel campo del visibile e dell’ultravioletto.
Un tipico fotosistema ha diversi complessi di antenne attorno a un nucleo proteico centrale avente un centro di reazione (RC). I componenti interni dei complessi LH e RC sono disposti in modo da formare una scala energetica che faccia sì che la luce sia catturata sotto forma di fotoni dai complessi periferici e poi scenda attraverso i vari passaggi di trasferimento di energia tra cromofori fino a raggiungere il centro di reazione, dove iniziano le reazioni chimiche della fotosintesi. Il cambiamento nella sequenza proteica modifica le energie di eccitazione delle batterioclorofille a nel complesso LH. I dati sperimentali mostrano che quando questi batteri vengono coltivati in condizioni di scarsa illuminazione, esprimono complessi LH con il massimo assorbimento a valori di lunghezze d’onda inferiori (800-820 nm) rispetto a quelli cresciuti in condizioni di elevata illuminazione (800-850 nm). Tale spostamento verso il blu dello spettro della radiazione elettromagnetica aumenta la differenza di energia LH-RC e favorisce il trasferimento di energia verso il centro di reazione. Ciò rappresenta un’importante caratteristica adattativa per i batteri viola che vivono nelle profondità di stagni, laghi, mari e oceani come microrganismi fotosintetici anaerobici. Secondo il Dott. Ramos: “Gli studi sperimentali hanno fornito preziose informazioni alla comunità scientifica sulla struttura e la composizione dei complessi LH. Nel caso dei batteri viola non solforosi, l’apparato per la raccolta della luce è composto dai complessi LH1 e LH2. Il loro processo adattivo in carenza di luce riguarda solo LH2. Per questo motivo ho concentrato il mio studio sulla descrizione strutturale del complesso LH2. Nonostante gli studi cristallografici possano fornire importanti informazioni strutturali, essi non consentono un’analisi dell’evoluzione temporale dei complessi proteina-cromoforo. In effetti, è noto che molte proprietà dei sistemi biologici possono essere meglio comprese solo attraverso approcci dinamici. Pertanto, simulazioni computazionali dipendenti dal tempo di dinamica molecolare sono cruciali per lo studio di tali fenomeni. Inoltre, in combinazione con i calcoli della meccanica quantistica, la dinamica molecolare classica diventa un potente strumento per descrivere i processi fotoindotti in ambienti biologici”. Attraverso il presente studio è stato possibile chiarire un intrigante meccanismo di adattamento molecolare dei complessi LH2 in condizioni di scarsa luminosità. Le spiegazioni fornite aprono un nuovo scenario per lo sviluppo di strategie di mutagenesi basate sulla struttura dei fotosistemi che mirino a controllare l’energia relativa tra i cromofori nei complessi LH2. Ciò potrebbe avere importanti implicazioni future sullo sviluppo, ad esempio, di dispositivi di fotosintesi artificiale in grado di contribuire alle richieste energetiche dell’uomo."
L’articolo completo è disponibile al seguente link: www.microbiologiaitalia.it/batteriologia/microbiologia-chimica-e-informatica-per-lo-studio-computazionale-dei-sistemi-biologici
