C'è una molecola che 'accende' la crescita delle piante, proprio come un interruttore

Quando arriva la primavera, i raggi di sole colpiscono i fiori e questi si aprono, e le piante crescono. Siamo ora vicini a decifrare per la prima volta questo meccanismo, noto da sempre, grazie a un gruppo di ricercatori dell’University of Wisconsin (Madison, USA), i quali hanno determinato la struttura della molecola, chiamata fitocromo, che funziona proprio come un interruttore, 'accendendo' la crescita della pianta appena questa avverte la luce del sole. Lo studio è stato pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences. 

Era già noto che il fitocromo potesse esistere in due forme diverse, ciascuno sensibile a due lunghezze d’onda (cioè colori) leggermente differenti della luce, rosso visibile e rosso vicino all’infrarosso: quando la luce del sole colpisce la pianta il fitocromo assorbe fotoni, le più piccole componenti della luce e, in base al colore di questa, cambia struttura e invia il segnale di crescita o di stop alla pianta, indicandole se produrre clorofilla, fiorire etc..

Ma nessuno fino ad ora aveva determinato la struttura di questa molecola. Erano note solo informazioni dettagliate, ma parziali, di una parte di essa, essendo estremamente dinamica e difficile da 'congelare' nei raggi x, una tecnica in grado di determinare le posizioni reciproche degli atomi nelle molecole facendo un’istantanea della struttura.  

I ricercatori hanno studiato il fitocromo di un batterio, molto simile a quello vegetale ma più facile da estrarre, usando la combinazione di microscopia elettronica e crio microscopia elettronica, ovvero una microscopia su campione congelato, quindi con minore dinamicità in soluzione.

Hanno dunque collezionato una serie di immagini bidimensionali e le hanno combinate con le informazioni note con la cristallografia a raggi x, ottenendo una ricostruzione tridimensionale della struttura del citocromo, mediante l’utilizzo di un sofisticato computer. Le immagini bidimensionali ottenute dal campione a temperatura ambiente sono state a loro volte combinate con quelle ottenute sul campione congelato, per avere una più efficiente modellizzazione del movimento in soluzione.

Era già noto che la molecola fosse un dimero, cioè una struttura fatta di due parti 'gemelle', chiamate subunità, ma ora sappiamo che tali parti hanno una lunga zona in contatto, molto flessibile. Questa scoperta è perfettamente in accordo con il meccanismo secondo il quale la luce induce un cambiamento di struttura da cui nascono i segnali per la pianta. “Il fitocromo è quasi come l’interruttore della luce–afferma il biofisico Huilin Li, autore dello studio- e conoscere come reagisce al segnale luminoso è affascinante 

Ora è tuttavia nota solo la struttura della sola forma sensibile alla luce rossa. Per quella vicino all’infrarosso dobbiamo ancora attendere, ma è il prossimo passo di questo studio. Alla fine i ricercatori si propongono di decifrare il completo meccanismo dell’interruttore, ovvero come la molecola cambia struttura quando cattura la luce.

Roberta De Carolis


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