Los secretos de la fotosíntesis a nivel atómico

Se han descubierto los secretos de la fotosíntesis a nivel atómico, lo que arroja nueva luz sobre este superpoder vegetal que hizo verde la Tierra hace más de mil millones de años.


Investigadores del Centro John Innes (UK) utilizaron un avanzado método de microscopía llamado crio-EM para explorar cómo se fabrican las proteínas fotosintéticas.El estudio, publicado en Cell, presenta un modelo y recursos para estimular nuevos descubrimientos fundamentales en este campo y contribuir a los objetivos a más largo plazo de desarrollar cultivos más resistentes.

El Dr. Michael Webster, jefe de grupo y coautor del trabajo, declaró: «La transcripción de los genes del cloroplasto es un paso fundamental en la fabricación de las proteínas fotosintéticas que proporcionan a las plantas la energía que necesitan para crecer. Esperamos que una mejor comprensión de este proceso -a nivel molecular detallado- permita a los investigadores desarrollar plantas con una actividad fotosintética más robusta».

«El resultado más importante de este trabajo es la creación de un recurso útil. Los investigadores pueden descargarse nuestro modelo atómico de la polimerasa del cloroplasto y utilizarlo para elaborar sus propias hipótesis sobre cómo podría funcionar y las estrategias experimentales que las pondrían a prueba.»

La fotosíntesis tiene lugar en el interior de los cloroplastos, pequeños compartimentos de las células vegetales que contienen su propio genoma, reflejo de su pasado como bacterias fotosintéticas de vida libre antes de ser engullidas y cooptadas por las plantas.

El grupo Webster del Centro John Innes investiga cómo fabrican las plantas las proteínas fotosintéticas, las máquinas moleculares que hacen posible esta elegante reacción química que convierte el dióxido de carbono atmosférico y el agua en azúcares simples y produce oxígeno como subproducto. La primera etapa en la producción de proteínas es la transcripción, en la que se lee un gen para producir un «ARN mensajero». Este proceso de transcripción lo realiza una enzima llamada ARN polimerasa.

Hace 50 años se descubrió que los cloroplastos contienen su propia ARN polimerasa. Desde entonces, los científicos se han sorprendido de lo compleja que es esta enzima. Tiene más subunidades que su antecesora, la ARN polimerasa bacteriana, y es incluso mayor que las ARN polimerasas humanas.

El grupo de Webster quería entender por qué los cloroplastos tienen una ARN polimerasa tan sofisticada. Para ello, necesitaban visualizar la arquitectura estructural de la ARN polimerasa del cloroplasto.

El equipo de investigación utilizó un método denominado microscopía electrónica criogénica (crio-EM) para obtener imágenes de muestras de ARN polimerasa de cloroplastos purificadas a partir de plantas de mostaza blanca. Al procesar estas imágenes, pudieron construir un modelo que contiene las posiciones de más de 50.000 átomos del complejo molecular.

El complejo ARN polimerasa comprende 21 subunidades codificadas en los dos genomas, nuclear y del cloroplasto. El análisis minucioso de esta estructura, que realiza la transcripción, permitió a los investigadores empezar a explicar las funciones de estos componentes. El modelo les permitió identificar una proteína que interactúa con el ADN mientras se transcribe y lo guía hasta el sitio activo de la enzima. Otro componente puede interactuar con el ARNm que se está produciendo y que probablemente lo proteja de las proteínas que lo degradarían antes de que se traduzca en proteína.

Seeing the polymerase molecule

Imagen: Molécula polimerasa que transcribe los genes fotosintéticos en el cloroplasto vegetal. Imágenes de moléculas individuales recogidas con un microscopio electrónico se clasificaron y alinearon para revelar detalles de la arquitectura estructural del complejo protéico

Créditos: Michael Webster & Ishika Pramanick

 

Según el Dr. Webster: «Sabemos que cada componente de la ARN polimerasa del cloroplasto tiene una función vital porque las plantas que carecen de alguno de ellos no pueden fabricar proteínas fotosintéticas y, en consecuencia, no pueden volverse verdes. Estamos estudiando detenidamente los modelos atómicos para precisar cuál es la función de cada uno de los 21 componentes del ensamblaje«

 

Fuente del reportaje: https://www.jic.ac.uk/press-release/photosynthetic-secrets-come-to-light/

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