Un altro importante riconoscimento per l’Università dell’Aquila, che conferma il proprio ruolo di primo piano nella ricerca internazionale nel campo della chimica computazionale.
Un gruppo di ricercatori del Dipartimento di Scienze Fisiche e Chimiche ha coordinato un nuovo studio che chiarisce aspetti ancora poco compresi della fotosintesi, il processo vitale che permette a piante, alghe e cianobatteri di produrre ossigeno e trasformare l’energia solare in energia chimica.
I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature Communications (clicca qui per leggere l’articolo).
La fotosintesi è alla base della vita sulla Terra: l’ossigeno che respiriamo è il risultato della scissione dell’acqua in idrogeno e ossigeno da parte del Fotosistema II, un complesso proteico altamente specializzato. Sebbene questo processo sia studiato da decenni, alcuni passaggi molecolari critici rimangono difficili da osservare e spiegare.
In questa ricerca, i dati teorici prodotti dal gruppo del prof. Leonardo Guidoni del Dipartimento di Scienze Fisiche e Chimiche dell’Università dell’Aquila, grazie a simulazioni molecolari su larga scala, hanno integrato esperimenti avanzati condotti dai gruppi del prof. Holger Dau (Freie Universität Berlin) e del prof. Richard J. Debus (University of California, Riverside).
Questa collaborazione internazionale ha permesso di identificare tre ruoli fondamentali delle proteine che circondano il centro catalitico del fotosistema II: l’accelerazione dei processi di trasferimento di protoni ed elettroni, la regolazione dell’inserimento di nuove molecole d’acqua dopo la formazione di ossigeno e un inaspettato equilibrio tra entalpia ed entropia che mantiene efficiente la reazione anche al variare delle condizioni ambientali.
“Tra gli aspetti più affascinanti c’è il fenomeno della compensazione entropia–entalpia” spiega Daniele Narzi, ricercatore presso il Dipartimento di Scienze Fisiche e Chimiche. “Abbiamo osservato come il sistema riesca a bilanciare stabilità e flessibilità molecolare, permettendo alla reazione di mantenere la stessa velocità pur cambiando i singoli contributi energetici. È un meccanismo che probabilmente consente a organismi diversi di ottimizzare la fotosintesi adattandola ai propri ambienti naturali.”
“Fungendo come una lente di ingrandimento, le simulazioni ci hanno permesso di interpretare a livello molecolare i dati sperimentali sull’inserimento di nuove molecole d’acqua nel cluster catalitico, dove esse vengono poi trasformate in ossigeno,” aggiunge Gianluca Parisse, dottorando di ricerca coinvolto nella ricerca, riferendosi a uno degli aspetti chiave dello studio.
“Questa pubblicazione rappresenta un importante risultato della consolidata collaborazione tra il nostro gruppo di modellizzazione al computer ed i gruppi sperimentali del prof. Dau a Berlino e del prof. Debus in California” commenta Leonardo Guidoni, professore ordinario del DSFC che ha coordinato i lavori del gruppo aquilano. “Ancora una volta la combinazione di simulazioni al supercalcolatore e tecniche sperimentali di frontiera ci ha permesso di svelare dettagli finora invisibili della fotosintesi. È un risultato che conferma il valore internazionale del nostro ateneo e che è stato reso possibile dall’accesso alle risorse di calcolo del CINECA.”
Un traguardo significativo e una grande soddisfazione per i ricercatori coinvolti. Con questo risultato, l’Università dell’Aquila rafforza ulteriormente il suo ruolo di centro di riferimento in Italia e in Europa nel campo della Chimica computazionale e del Calcolo ad alte prestazioni.
