L’ateneo scaligero scopre “l’interruttore” vegetale

L’Arena – domenica 11 maggio 2008 cronaca pag. 20
RICERCA. Lo studio condotto in collaborazione tra l’Università di Verona e l’Università californiana di Berkeley

E’ possibile produrre energia utilizzando la luce solare assorbita in eccesso da alghe e piante. Lo dimostra uno studio pubblicato su «Science» che spiega il meccanismo molecolare regolatore dell’assorbimento dell’energia solare nelle piante, grazie all’individuazione dei geni che ne determinano il processo.
La ricerca è frutto della collaborazione che per due anni ha visto i ricercatori del Dipartimento Scientifico e Tecnologico dell’Università di Verona e dell’Università di Berkeley in California lavorare insieme per potenziare, attraverso tecniche di biogenetica, l’efficienza con cui piante ed alghe raccolgono l’energia, aprendo orizzonti interessanti alla produzione di bio-combustibili.
Coordinatori dei gruppi di ricerca di Verona Roberto Bassi, docente di Fisiologia vegetale specializzato in ingegneria proteica e da Graham Fleming a Berkeley, pioniere nella misura di eventi ultrarapidi con il laser.
Per chiarire il processo molecolare del meccanismo dissipativo di difesa all’interno delle alghe, gli scienziati hanno prodotto una delle proteine in molte versioni mutate, in cui veniva cambiato uno solo dei 350 aminoacidi che la compongono. Tre di questi si sono dimostrati indispensabili alla funzione. Indagando sulla loro funzione i ricercatori veronesi hanno scoperto che due aminoacidi legano ciascuno una molecola di clorofilla formando una coppia ravvicinata.
«Queste molecole», spiega su Science Bassi, «funzionano come i due rami di un diapason ed entrano in risonanza quando l’energia della luce che assorbono raggiunge una certa intensità. A questo punto entra in azione il terzo componente: una molecola di carotenoide, molto simile alla sostanza di colore arancione delle carote, la quale scambia momentaneamente un elettrone con la clorofilla più vicina e libera calore quando questo torna indietro, fenomeno noto come ricombinazione di carica».
Un processo rapidissimo che avviene in pochi millesimi di miliardesimi di secondo (picosecondi), e che viene ripetuto con una frequenza proporzionale all’intensità della luce.
Il gruppo veronese, in particolare, ha identificato una famiglia di geni che, quando inattivati, producono piante incapaci di trasformare in calore la luce assorbita, mentre Matteo Ballottari dottore in BIOTECNOLOGIE ambientali e industriali, è riuscito a produrre in provetta le proteine codificate da questi geni e a dimostrarne l’attività con misure effettuate a Berkeley.
Allo stato normale, infatti, queste proteine fotosintetiche sono in grado di «misurare» la luce cui sono esposte e di attivare un meccanismo dissipativo di difesa, un «interruttore di protezione», trasformando l’energia in eccesso in calore.
L’importanza della scoperta consiste nell’aver identificato i geni responsabili di questo meccanismo dissipativo di difesa, su cui si può intervenire con tecniche di genetica per trasformare in energia chimica e quindi biomassa il calore altrimenti disperso.
«Agendo sulla sensibilità dell’ “interruttore” che governa questo processo», spiega ancora Bassi, «si potrà regolare l’efficienza della trasformazione della luce solare da parte degli organismi fotosintetici ed adattarle alle esigenze della crescita nei fotobioreattori per produrre biocombustibili. Già nel 2005 nel nostro laboratorio Luca Dall’Osto, oggi ricercatore, ha dimostrato che l’inattivazione dei meccanismi regolativi portava ad una maggiore crescita delle piante a bassa luce».
La scoperta è di grande attualità dato che petrolio e carbone, ormai in esaurimento, derivano rispettivamente da alghe e piante cresciute tra i 200 e i 400 milioni di anni fa e conservate nel suolo in mancanza di ossigeno. Di recente si sono moltiplicate le ricerche che mirano a produrre biocombustibili da alghe e piante, ma le rese sono ancora basse proprio a causa del meccanismo dissipativo messo in atto dagli organismi fotosintetici.
Ai fini applicativi, un ulteriore aspetto interessante consiste nell’utilizzo del principio scoperto per la produzione di pannelli solari più efficienti, composti da celle prodotte con coloranti di origine biologica.
Da tempo i fisici cercano di riprodurre la fotosintesi in forma semplificata usando materiale non biologico: si tratta dei cosiddetti pannelli solari a coloranti, che danno buoni risultati ma hanno una «durata» limitata. «I coloranti esposti al sole scolorano», continua Bassi, «come succede ai vecchi segnali stradali che diventano illeggibili col tempo. Ciò è dovuto all’incapacità di dissipare in calore l’energia assorbita in eccesso, che non riesce ad essere trasformata in corrente elettrica e va, invece, a reagire con l’ossigeno creando molecole dannose che distruggono i coloranti stessi».
Per questo i chimici sono già al lavoro per modificare i coloranti in uso nei pannelli solari e ricreare artificialmente l’interruttore molecolare delle piante. Con la prospettiva di ottenere risultati importanti in termini di maggiore durata dei pannelli e costi ridotti.

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