Come fanno gli esseri viventi a procurarsi il cibo?

Quando pensi al cibo, di solito ti vengono in mente immagini del tuo cibo preferito? Questo è un processo naturale, poiché il cibo è importante per ogni essere vivente. Per soddisfare questo bisogno fondamentale, tutti gli esseri viventi producono il proprio cibo o lo ottengono da qualche altra fonte. Gli esseri umani possono mangiare sia piante che animali. Alcuni animali consumano altri animali, mentre alcuni animali mangiano le piante come cibo. In definitiva, vediamo che tutti su questo pianeta dipendono dalle piante per il loro cibo. Ma allora cosa mangiano le piante? In realtà, le piante “mangiano” la luce solare e un gas chiamato anidride carbonica, che sono entrambi facilmente disponibili proprio qui sulla terra. Il processo mediante il quale le piante terrestri producono il proprio cibo utilizzando la luce solare e l’anidride carbonica è noto come fotosintesi (Figura 1). l’anidride carbonica viene assorbita dalle foglie, la luce solare viene catturata da una molecola chimica nella pianta, chiamata clorofilla (Chl). Tutti gli organismi fotosintetici contengono Chl.

Tuttavia, il modo in cui le piante terrestri eseguono la fotosintesi non aiuta gli organismi che vivono negli oceani, che coprono quasi il 70% della nostra terra. Le piante negli oceani affrontano problemi con h luce disponibilità. Le porzioni di luce blu e verde penetrano nell’acqua più di quanto non facciano le porzioni di luce gialla e rossa (Figura 2). Fortunatamente, le piante oceaniche ricevono aiuto nella produzione di cibo da una luce così limitata e anidride carbonica, da minuscoli microbi microscopici chiamati cianobatteri (noti anche come alghe blu-verdi). Questi microbi si sono adattati alle condizioni di luce fioca e svolgono la fotosintesi sia per se stessi che a beneficio di altri esseri viventi. I cianobatteri sono antichi microbi che vivono sulla nostra terra da miliardi di anni. Si dice che i cianobatteri siano responsabili della creazione dell’atmosfera piena di ossigeno in cui viviamo. Per effettuare la fotosintesi in condizioni di scarsa illuminazione, i cianobatteri si avvalgono dell’aiuto di proteine chiamate ficobiliproteine, che si trovano sepolte nelle membrane cellulari (il rivestimento esterno) dei cianobatteri.

Cosa sono le ficobiliproteine?

Le ficobiliproteine svolgono il ruolo di assistenti del Chl negli ambienti acquatici (acquatici). Poiché la luce ha difficoltà a penetrare negli oceani, le ficobiliproteine facilitano questo lavoro assorbendo la luce disponibile; assorbono la parte verde della luce e la trasformano in luce rossa, che è il colore della luce richiesto da Chl. Tuttavia, cambiare il colore della luce non è così facile come sembra. La luce verde deve passare attraverso diverse molecole di ficobiliproteine, che assorbono la luce di un colore ed emettono luce di un altro colore. Il colore emesso viene poi ripreso da una seconda ficobiliproteina, che lo trasforma in un terzo colore.Questo processo continua fino a quando la luce emessa è rossa, che può essere finalmente ripresa da Chl. Perché l’intero processo abbia luogo, abbiamo tre diversi tipi di molecole di ficobiliproteine disposte come una sorta di cappello sulla molecola di Chl, come puoi vedere nella Figura 3. Questi tre tipi di ficobiliproteine sono:

• (a) C-ficoeritrina (CPE), di colore rosso-rosato e responsabile dell’assorbimento della porzione verde della luce solare.

• (b) C-ficocianina (CPC), di colore blu intenso e responsabile dell’assorbimento della porzione rosso-arancio della luce solare.

• (c) Allophycocyanin (APC ), di colore azzurro e responsabile dell’assorbimento della porzione rossa della luce solare.

Il motivo per cui le ficobiliproteine assorbono la luce di diversi colori è che contengono molecole chimiche chiamate bilini al loro interno, che conferiscono loro i loro colori brillanti. Questi bilini sono responsabili dell’assorbimento della luce di un colore e dell’emissione di luce di un altro colore, provocando così un cambiamento nel colore della luce. Strumenti avanzati ci hanno permesso di analizzare la disposizione di queste molecole e proteine nei cianobatteri. Sappiamo che le ficobiliproteine hanno la forma di dischi e i dischi sono impilati uno sopra l’altro per formare la struttura a cappello. Un’estremità dello stack è realizzata in CPE, mentre l’altra estremità è in CPC. Questo assemblaggio si unisce al nucleo, realizzato in APC. L’intera struttura è collegata a Chl, che accetta la luce rossa emessa da APC. La disposizione della struttura a cappello è stata mostrata nella Figura 3.

Come avviene il trasferimento di energia luminosa nelle ficobiliproteine?

Il cambiamento del colore della luce da verde a rosso avviene luogo attraverso un processo noto come fluorescenza. Vediamo cos’è la fluorescenza. Immagina un contenitore trasparente riempito con un liquido di colore rosa che, illuminato da una torcia, brilla di un arancione brillante! Questo è esattamente ciò che fa CPE (Figura 4). Tutte le ficobiliproteine possiedono questa eccitante proprietà di emettere luce visibile di un colore diverso dal colore della luce che viene proiettata su di loro. Dopo che CPE cambia la luce verde in giallo-arancione, CPC assume la luce giallo-arancione e la trasforma in rosso chiaro. APC prende questa luce rosso chiaro e la trasforma in una luce rossa profonda per Chl. Quindi, ora abbiamo la luce verde cambiata in rossa, che è il colore della luce che la natura voleva che Chl assorbisse. L’intero processo è una sorta di staffetta, in cui ogni partecipante riprende da dove si era interrotto il precedente (Figura 5). Queste ficobiliproteine sono una parte importante dei minuscoli organismi microscopici chiamati cianobatteri, che svolgono la fotosintesi più o meno allo stesso modo delle piante terrestri. L’unica differenza è che usano un insieme diverso di molecole chimiche: i cianobatteri usano le ficobiliproteine mentre le piante terrestri usano Chl.

Cosa abbiamo imparato?

Quindi, ora sappiamo che la fotosintesi è il processo mediante il quale le piante producono il loro cibo, utilizzando Chl. Sappiamo anche che la ridotta quantità di luce disponibile negli oceani riduce questo processo fotosintetico. La natura ha sviluppato alcune molecole chimiche di aiuto note come ficobiliproteine, che sono in grado di assorbire i colori della luce disponibile negli oceani e trasformare questa luce in un colore che le molecole di Chl possono utilizzare. Queste ficobiliproteine si trovano in minuscoli cianobatteri invisibili a occhio nudo, la cui fotosintesi è responsabile di fornire cibo agli organismi viventi negli oceani e anche di produrre l’ossigeno nella nostra atmosfera che respiriamo ogni secondo.Non è eccitante che questi minuscoli organismi possano fare una tale differenza per la vita marina? In futuro, speriamo di acquisire una maggiore comprensione delle funzioni delle ficobiliproteine e dei ruoli che possono svolgere a beneficio dell’umanità.

Glossario

Fotosintesi: un processo mediante il quale le piante produrre cibo per se stessi e per altri organismi utilizzando la luce solare e il gas di anidride carbonica.

Clorofilla: una molecola chimica presente nelle piante che assorbe la luce solare per la fotosintesi.

Ficobiliproteine: pigmenti colorati presenti nei cianobatteri e alcuni altri organismi, che aiutano nella fotosintesi assorbendo determinati colori di luce che la clorofilla non può assorbire.

Fluorescenza: la proprietà di alcuni composti di assorbire un colore di luce e di emanarne un altro. Le ficobiliproteine utilizzano questa proprietà per cambiare il colore della luce che assorbono in modo che la luce possa essere utilizzata per la fotosintesi.

Conflitto di interessi

Gli autori dichiarano che la ricerca è stata condotta nel assenza di rapporti commerciali o finanziari che potrebbero essere interpretati come un potenziale conflitto di interessi.

Ringraziamenti

A questo manoscritto è stato assegnato il numero di registrazione CSIR-CSMCRI – 114/2016. TG con gratitudine riconosce AcSIR per il dottorato di ricerca. iscrizione e CSIR (CSC 0105) per il sostegno finanziario.