Fotosintesi, individuato il meccanismo che cattura la luce

La conversione dell 'energia luminosa in energia chimica , il primo passo della fotosintesi , potrebbe basarsi su un meccanismo diverso da quello ipotizzato finora. È quanto emerge da uno studio pubblicato su Nature Communications frutto di una collaborazione internazionale di ricerca che ha coinvolto l’Istituto Nanoscienze (Cnr Nano), la Princeton University, l'Università dell'Aquila e il Max Planck Institute.

Nella fotosintesi, a catturare l'energia della luce e convertirla in energia chimica è un complesso molecolare detto Fotosistema II : quando questo assorbe un fotone , un elettrone viene trasferito da una molecola a un'altra all'interno del centro di reazione. Il processo , chiamato “ separazione primaria di carica” , rappresenta il primo passo con cui l' energia della luce viene catturata in specifiche molecole, pronte ad alimentare tutte le reazioni successive della fotosintesi. Le misure sperimentali, però, mostrano che la separazione primaria di carica avviene a una velocità che oscilla da poche centinaia di femtosecondi ad alcuni picosecondi. L'interpretazione più diffusa attribuisce questa variabilità all'esistenza di percorsi alternativi della reazione.

"Possiamo immaginare il trasferimento dell'elettrone - osserva Laura Zanetti Polzi di Cnr Nano - come l’attraversamento di un bosco per andare da un rifugio a un altro. Per anni si è pensato che esistessero sentieri diversi e di lunghezza diversa. I nostri risultati suggeriscono invece che il sentiero sia sostanzialmente uno solo : il tempo necessario a percorrerlo dipende dalle ‘condizioni del terreno‘. Fuori di metafora, il percorso reattivo resta lo stesso, ma cambiano continuamente le condizioni in cui viene percorso ”. “In pratica le continue fluttuazioni della complesso Fotosistema II e la riorganizzazione delle molecole d'acqua - aggiunge Matteo Capone di Cnr Nano - modificano localmente le condizioni della reazione, rendendo il trasferimento dell'elettrone più rapido o più lento e spiegando così le diverse scale temporali osservate negli esperimenti”.

La scoperta è stata possibile integrando simulazioni di dinamica molecolare con calcoli di chimica quantistica e modellizzazione cinetica.