Un equipo de científicos de la Universidad Estatal de Arizona ha dado un paso significativo más cerca de desbloquear los secretos de la fotosíntesis, determinando la estructura de un supercomplejo fotosintético muy grande.
Este importante descubrimiento se presenta en su artículo publicado hoy en Naturaleza, biología estructural y molecular . El documento se titula "La estructura del fotosistema inducido por estrés I - supercomplejo de antena IsiA".
"Los supercomplejos son asociaciones entre las proteínas de las antenas y los centros de reacción fotoquímica que existen en todos los organismos fotosintéticos", explicó Yuval Mazor, profesor asistente de la Facultad de Ciencias Moleculares y del Centro de Descubrimiento Estructural Aplicado del Instituto de Biodiseño ". Este en particular proviene decianobacterias, la clase phyla de bacterias en la que apareció por primera vez la fotosíntesis oxigenada hace unos miles de millones de años y luego evolucionó, en todo tipo de fotosíntesis oxigenada que conocemos hoy "
El equipo de Mazor incluye a Hila Toporik, un becario postdoctoral, y Jin Li, un estudiante graduado; y una colaboración con el Profesor Asistente Po-Lin Chiu, que también pertenecen a la Facultad de Ciencias Moleculares y al Centro de Descubrimiento Estructural Aplicadocomo Dewight Williams, un científico investigador asociado en el Centro John M. Cowley para Microscopía Electrónica de Alta Resolución.
Las plantas, las algas y las cianobacterias usan la fotosíntesis para producir oxígeno y carbono reducido, como los carbohidratos, que construyen y alimentan toda nuestra biosfera. Hay dos complejos de pigmento-proteína que orquestan las reacciones primarias de luz en la fotosíntesis oxigenada: fotosistema I PSI yFotosistema II PSII: comprender cómo funcionan estos fotosistemas su magia es uno de los objetivos más buscados de la ciencia.
El físico y ganador del premio Nobel Richard Feynman dijo una vez: "Es muy fácil responder muchas preguntas biológicas fundamentales; ¡solo hay que mirar la cuestión!" De hecho, la idea central detrás de la biología estructural es que una vez que uno puede "mirar"en "cosas" con el suficiente detalle como para discernir sus estructuras atómicas, uno será naturalmente capaz de responder cómo y por qué los componentes y actores de procesos biológicos complejos funcionan de la manera en que lo hacen.
En los últimos años, la microscopía electrónica criogénica de una sola partícula cryo-EM en particular ha desencadenado una revolución en la biología estructural y se ha convertido en una disciplina recientemente dominante. Cryo-EM permite a los investigadores observar estructuras biológicas que fueronsimplemente no es accesible hace solo unos años, y ahora está exponiendo estructuras de complejidad sin precedentes con gran detalle.
De hecho, es esta técnica utilizada por los expertos de la Escuela de Ciencias Moleculares y el Colegio de Artes y Ciencias Liberales de ASU lo que ha permitido dilucidar la estructura del complejo PSI-IsiA. En el laboratorio, esteEl complejo es producido por cianobacterias en entornos con bajo contenido de hierro o flujos de luz excesivos. Sin embargo, en el "mundo real" el hierro existe en concentraciones muy bajas y la luz alta puede ser la regla más que la excepción, por lo que, en última instancia, el PSI-IsiA es una forma muy comúndel fotosistema I, uno de los dos motores esenciales de la fotosíntesis.
El complejo es único en tamaño, el supercomplejo fotosintético más grande con una estructura molecular conocida, y en complejidad con más de 700 moléculas diferentes principalmente moléculas de captación de luz que componen la estructura completa.
Hay 591 clorofilas en el supercomplejo PSI-IsiA, con mucho el mayor número de pigmentos unidos en cualquiera de los supercomplejos fotosintéticos con estructuras conocidas.
La capacidad de las cianobacterias para expresar este complejo cuando están bajo estrés juega un papel importante en su supervivencia en estas condiciones. Este complejo también representa una gran clase de antenas que son muy comunes en las cianobacterias marinas, que son responsables de una fracción considerabledel total de la producción global de fotosíntesis las estimaciones varían entre 15% y 25%. Mazor enfatiza que su trabajo se realizó en una cepa de laboratorio común, no en una de las especies marinas.
La estructura actual descubre los detalles más cruciales de esta enorme máquina. Como el primer ejemplo de la rama cianobacteriana de las proteínas de la antena incrustada en la membrana, establece un camino para evaluar el mecanismo de recolección de luz y fotoprotección por condiciones de luz excesivas o fluctuantes en cianobacterias.
Comprender la complejidad y las funciones del supercomplejo fotosintético IsiA en última instancia ayudará a garantizar que tengamos un suministro de energía estable en la Tierra, sin duda uno de los desafíos centrales del siglo XXI.
Los autores desean agradecer el uso del Titan Krios en el Centro de Materiales Erying en la Universidad Estatal de Arizona y la financiación de este instrumento por NSF MRI 1531991. Este estudio está financiado por una subvención inicial de la Universidad Estatal de Arizona.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Arizona . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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