L’enzima più importante del mondo

In questi ultimi tempi si è parlato molto di clima e di anidride carbonica: nell’atmosfera la CO2 sta aumentando e questo fenomeno porta con sé un eccessivo effetto serra e l’incremento delle temperature globali.

Sappiamo che gli alberi sono nostri alleati, perché “assorbono” CO2. Ma come fanno? E cosa se ne fanno della CO2 che noi tanto detestiamo?

Una trattazione completa dell’argomento richiederebbe una lunga discussione sull’intero metabolismo della fotosintesi, voglio qui soffermarmi solo su uno degli attori fondamentali di questo processo, intimamente collegato con il cosiddetto “assorbimento” di CO2. Questo attore è un’enzima che si trova all’interno dei cloroplasti dei tessuti fotosintetici dei vegetali, dal nome un po’ ostico: “ribulosio bisfosfato carbossilasi-ossidasi” (come tutti gli enzimi prende il nome dai substrati che l’enzima stesso processa, e dalla reazione che conduce), conosciuto anche con il nome di RuBisCO.

Questo enzima è un Signor enzima, perché dalla sua attività deriva praticamente TUTTA la materia organica presente sulla Terra. L’enzima infatti utilizza l’energia proveniente dalla fotosintesi (immagazzinata sotto forma di ATP e NADPH, molecole altamente energetiche usate come “moneta” di scambio energetico all’interno delle cellule, ma questa è un’altra storia) per aggiungere un atomo di carbonio ad una molecola di ribulosio 1,5 bisfosfato, producendo una molecola di 3-fosfoglicerato. Nomi complessi, che apparentemente non dicono nulla di interessante, se non fosse che il 3-fosfoglicerato è il precursore di tutto il metabolismo cellulare che produce molecole organiche quali soprattutto glucosio ma anche acidi grassi e proteine.
Dove sta quindi la meraviglia? La RuBisCO preleva l’atomo di carbonio da aggiungere al sopracitato ribulosio 1,5 bisfosfato dalla CO2 atmosferica, compiendo il processo che viene chiamato “fissazione” o “organicazione” del carbonio: il carbonio della CO2 viene convertito in carbonio all’interno di un composto organico, che verrà poi convertito in zuccheri, grassi o proteine da altri enzimi presenti nella cellula. Tutta la materia organica viene prodotta a partire da questo passaggio, e tutto il carbonio che compone la materia organica deriva in ultima analisi dalla fissazione della CO2 atmosferica operata da questo enzima.

Nel metabolismo che avviene nei mitocondri, successivamente, le molecole energetiche come il glucosio vengono ossidate per ricavare energia, producendo CO2 e chiudendo il ciclo.

La RuBisCO è un enzima molto grande e anche molto lento, compie solo tre reazioni al secondo, quando la maggior parte degli enzimi compie mille reazioni in un secondo. Per compensare questa inefficienza le cellule vegetali necessitano di grandi quantità di enzima: la RuBisCO costituisce infatti oltre la metà di tutte le proteine contenute nel cloroplasto ed è con tutta probabilità la proteina più abbondante sulla faccia della Terra.

Quando, la prossima volta che andrete al bar, aprirete la vostra bustina di zucchero, osservate per un momento quei piccoli granelli bianchi. Pensate che un tempo tutto quel carbonio che ora costituisce i cristalli era CO2 atmosferica che, da qualche parte nel mondo, una schiera di RuBisCO di una barbabietola da zucchero ha fissato e convertito in dolcissimo zucchero.

 

Leaf_CO2

Fonti:
Alberts et al., Biologia molecolare della cellula, Cap. 14 IV ed. Zanichelli

Per approfondire (da Wikipedia in inglese):
https://en.wikipedia.org/wiki/RuBisCO
https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_fixation