Tra i micronutrienti necessari per la sopravvivenza delle alghe, il ferro risulta essere estremamente importante in quanto presente in numerosi composti.
“Iron man” è una delle canzoni più conosciute dei Black Sabbath in cui viene narrata la futuristica storia di un uomo che, giunto sulla terra per salvarla, viene esposto a radiazioni che convertono la sua pelle in ferro. Nonostante questo elemento sia ben conosciuto, non tutti sanno che il ferro è di vitale importanza per le alghe e altri organismi acquatici fotosintetici. Molto frequentemente è la disponibilità stessa del ferro in acqua che va a limitare la crescita primaria.
MICROELEMENTI
Tra i micronutrienti, oltre al ferro, si distinguono ad esempio cobalto, molibdeno, manganese, zinco, nichel, rame e altri elementi. Questi, sono tutti elementi di transizione tra i quali se ne possono distinguere alcuni considerati estremamente tossici per le alghe, come argento e piombo. Altri elementi, come ad esempio il cadmio, risultano essere tossici a concentrazioni molto elevate ma, nonostante questo, risultano essere necessari a basse concentrazioni in quanto possono essere dei cofattori metallici di molti enzimi. In linea generale, i micronutrienti sono presenti in quantitativi inferiori in acqua rispetto ai macronutrienti (quali ad esempio azoto, fosforo e zolfo) ma è anche vero che i micronutrienti, rispetto ai macronutrienti, sono necessari in quantitativi nettamente inferiori. Per quanto riguarda il tasso acquisizione di un micronutriente, questo dipende dalla disponibilità del micronutriente stesso, che solitamente può ritrovarsi legato ad un composto (organico o inorganico) oppure può essere libero nell’ambiente. Per il trasporto all’interno delle cellule algali, sono presenti sulle membrane dei trasportatori che risultano essere specifici per un singolo metallo. Nonostante questa specificità dei trasportatori, possono verificarsi dei fenomeni di competizione che possono mediare il maggior ingresso di un nutriente rispetto ad un altro, portando quindi l’alga alla morte.
IL FERRO
Il ferro raggiunge i mari grazie all’intervento dei venti. Questo elemento si trova in grade abbondanza nella crosta terrestre e, attraverso processi di erosione, si ha la disgregazione della roccia in piccolissimi frammenti che verranno poi trasportati fino ai mari grazie ai venti. Di tutto il ferro che arriva, le alghe possono utilizzarne tuttavia meno del 3% in quanto la maggior parte del ferro presente è in forma di ferro ferrico (con stato di ossidazione 3+) e non ferro ferroso (stato di ossidazione 2+) che può essere invece immediatamente utilizzato senza problemi. Dato la scarso quantitativo di ferro presente, le alghe hanno evoluto un sistema che gli consente di utilizzare anche il ferro ferrico: questo viene infatti trasportato all’interno delle cellule algali per poi essere complessato con specifiche molecole organiche. In questo modo viene inglobato per intero e accumulato. In caso di eccessi di ferro, le alghe possono immagazzinare questo elemento nella fitoferrina, ovvero delle sfere di 24 subunità localizzate nei cloroplasti che ne vanno ad impedire la reazione con l’ossigeno. Quindi, una volta presente ferro a sufficienza all’interno delle cellule algali, è possibile utilizzarlo per formare molecole, gruppi eme e, in particolare i cluster ferro-zolfo molto presenti negli enzimi. Nel mondo algale, l’enzima che richiede in assoluto più ferro, è il complesso della nitrogenasi, impiegato dalle alghe per compiere l’azoto fissazione.
NITROGENASI E FERRO
Il complesso della nitrogenasi viene utilizzato dalle alghe per utilizzare l’azoto molecolare che risulta essere una molecola estremamente stabile in quanto presenta tre legami. Una reazione chimica che permette questa scissione è la reazione di Haber-Bosch che, tuttavia, richiede alte temperature, alte pressioni e molto idrogeno e, per questi motivi, le alghe hanno evoluto il complesso enzimatico della nitrogenasi. La nitrogenasi è composta da due enzimi: il primo è la dinitrogenasi reduttasi (o proteina ferro), mentre il secondo enzima è la dinitrogenasi (o proteina ferro-molibdeno). Grazie alla presenza di ATP e elettroni, si ha la variazione dello stato di ossidazione dei cluster che contengono ferro, di modo tale che si verifichi prima un’avvicinamento dei due enzimi e poi un passaggio degli elettroni all’azoto molecolare. In questo modo, uno alla volta, vengono spezzati tutti i legami presenti.
