I processi che sostengono la vita: la sintesi clorofilliana.

Per la Bibbia con il ‘Fiat Lux’ ha avuto inizio la creazione dell’Universo e di tutto ciò che in esso è contenuto. E in effetti sulla Terra senza l’energia luminosa proveniente dal Sole non sarebbe potuta sussistere la vita. Infatti la vita è soprattutto movimento e cambiamento e senza energia non potrebbero esserci né l’uno né l’altro. Ma la luce deve essere trasformata, immagazzinata e adattata all’uso degli esseri viventi. Ciò viene fatto dalle piante, che stanno alla base della catena alimentare, tramite la clorofilla. 

Leggo in un libro di biologia: “La clorofilla riesce a convertire l’energia luminosa in energia chimica soltanto quando è associata a certe proteine e si trova in una membrana specializzata; senza questi requisiti la clorofilla non funzionerebbe” (1). Quindi deve esistere anche un processo - che come vedremo è molto ingegnoso ed efficiente - in cui essa è contenuta e utilizzata e che permette questa trasformazione: la cosiddetta sintesi clorofilliana.

Primo Levi nel suo libro 'il sistema periodico' definisce meraviglioso questo processo di sintesi : "fantasticavo di scrivere la saga di un atomo di carbonio, per far capire ai popoli la poesia solenne, nota solo ai chimici, della fotosintesi clorofilliana" (2) . 

In una foglia tipo sono presenti i microscopici cloroplasti, piccole sacche che contengono un liquido, lo stroma, in cui si trovano immerse numerosissime pile di grani, i tilacoidi, che a loro volta contengono un altro tipo di liquido, e che sono i veri apparati preposti alla trasformazione del segnale luminoso in quello chimico. Tutti i tilacoidi di uno stesso cloroplasto sono paralleli tra loro e il cloroplasto può orientarsi verso il sole facendo in modo così che i suoi milioni di grani assorbano il massimo dell’energia luminosa (un po' come farebbero delle minuscole antenne paraboliche).

Detto così sembrerebbe semplice, ma se si va più a fondo si capisce che i tilacoidi sono dei microlaboratori in cui avvengono numerose reazioni fisico-chimiche che portano ai prodotti finali, cioè a dei piccoli pacchetti energetici, come delle batterie cariche, che vengono utilizzati sia dalla pianta che dagli animali che se ne nutrono, per avere a disposizione l’energia necessaria allo svolgimento dei processi vitali e per produrre tutte le sostanze che li compongono. Inoltre, siccome viene utilizzata e scissa l'acqua, si libera anche ossigeno.

Ma vediamo in sommi capi questo processo.

Dentro i tilacoidi sono presenti due fotosistemi: quello di tipo I che contiene le molecole di clorofilla P₆₈₀, e quello di tipo II che contiene clorofilla P₇₀₀.

La luce che viene assorbita dal fotosistema II, sotto forma di fotoni di una precisa lunghezza d'onda e quindi di determinata energia, provoca nella molecola di clorofilla P₆₈₀ la perdita di due elettroni che assorbendo questa energia passano ad un livello energetico superiore. Per ognuno di essi in pratica è come quando si da un calcio ad una palla e questa arriva nel pianerottolo superiore di una scala - nel frattempo questi due elettroni, persi dalla molecole P₆₈₀, vengono subito rimpiazzati scindendo una molecola di acqua nel liquido contenuto nel tilacoide, ricavando così i due elettroni, due protoni e un atomo di ossigeno -. In questo livello energetico superiore in cui sono passati  gli elettroni si trova un accettore primario che li riceve. A partire da questo gli elettroni scendono lungo una catena di trasporto, e siccome man mano che ‘cadono’ perdono energia a pacchetti, questa viene utilizzata nel frattempo per creare molecole di ATP, che sono come dei ‘contenitori’ di energia chimica (per i dettagli si veda nota 3). 

Una volta scesi di livello, e aver perso perciò la loro energia, che è stata utilizzata per produrre molecole di ATP con il processo appena descritto, questi elettroni vengono ceduti alla molecola di clorofilla P₇₀₀ del fotosistema I, la quale, con l’apporto di altra energia luminosa proveniente dal sole, sempre fotoni ma di frequenza e perciò energia inferiore alla precedente, lancia i due elettroni ad un ulteriore livello energetico superiore in cui vi è un altro accettore secondario di elettroni. Ancora una volta, a partire da questo secondo accettore, gli elettroni scendono lungo la scala energetica mediante alcuni trasportatori, e siccome man mano che ‘cadono’ perdono energia, questa viene utilizzata per assemblare altri tipi di molecole, le NADP, anche queste contenitrici di energia chimica. Quindi nel processo visto nel suo complesso utilizzando i fotoni della luce solare, c’è un continuo flusso di elettroni (perciò una piccola corrente elettrica) che va dall’acqua al fotosistema II, poi da questo al fotosistema I, e infine da quest'ultimo allle molecole di NADP. Perciò 'come detto dal premio Nobel per la medicina Albert Szent-GyoGyi: “Ciò che sostiene la vita...è una piccola corrente elettrica mantenuta dal sole” ' (4).

L'energia immagazzinata dentro i pacchetti ATP e NADPH, viene utilizzata dalle piante per alimentare il cosiddetto ciclo di Calvin che permette la produzione di glucidi, amminoacidi e acidi grassi che formano e sostengono tutti gli esseri viventi.

Per concludere quindi, se non ci fosse il Sole non potrebbe esserci neanche la vita, ma pur essendoci il Sole se non ci fosse stato il sistema fisico-chimico clorofilliano così sofisticato appena descritto, la vita non sarebbe potuta sussistere, infatti avrebbe significato come l'avere della benzina ma non un motore. Ci sono voluti l’una e l’altro. 

La domanda che sorge a questo punto è: com'è possibile che questo sistema della sintesi clorofilliana, così ingegnoso e che supporta processi molecolari, atomici e subatomici perfettamente sincronizzati e bilanciati tra loro, possa essersi formato per caso?

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Note e crediti 

(0) la foto è tratta da Pixabay.com

(1) Helena Curtis, Sue Barnes - Invito alla Biologia - Zanichelli 1994 a pag. 123 

(2) Primo Levi - Il Sistema Periodico  - Einaudi 2014

(3)  Questo processo nel dettaglio funziona così: l’energia liberata man mano dagli elettroni viene utilizzata per far passare protoni dallo stroma, il liquido esterno al tilacoide, verso l’interno del tilacoide, tramite dei canali dedicati, aumentando così la loro energia potenziale; visto che nel liquido del tilacoide la densità dei protoni a questo punto è superiore a quella esterna, alcuni di questi vengono ‘espulsi’ da speciali proteine di membrana, le ATP-sintetasi, che utilizzando l’energia potenziale persa da questi protoni durante il loro transito, sintetizzano molecole di ATP a partire da molecole di ADP

(4) Helena Curtis, Sue Barnes- op. cit. a pag. 124