Presionar el acelerador y los frenos al mismo tiempo no suena como una buena técnica de conducción, pero los científicos del Instituto Weizmann han descubierto que las plantas controlan algunos de sus procesos clave precisamente de esa manera.
Un equipo de investigación dirigido por el Prof. Avihai Danon, del Departamento de Ciencias Ambientales y Vegetales, el becario postdoctoral Dr. Erez Eliyahu y luego los estudiantes graduados Ido Rog e Inbal Dangoor, estudió los mecanismos que controlan la producción de almidón en la planta, que es elcarbohidrato más común en la dieta humana y presente en grandes cantidades en cultivos básicos como arroz, papas y maíz. La planta comienza a producir almidón tan pronto como la luz de la mañana enciende su fotosíntesis y se detiene cuando la fotosíntesis disminuye por la noche.
Hace aproximadamente medio siglo, los científicos descubrieron el interruptor "encendido" para la producción de almidón: una enzima de lanzamiento que se activa, a través de una serie de proteínas reguladoras, por el flujo de electrones generados en la fotosíntesis. Ahora, en el nuevo estudio, publicado enel Actas de la Academia Nacional de Ciencias , EE. UU., PNAS , los científicos del Instituto Weizmann han descubierto el interruptor "apagado" para la producción de almidón.Trabajando con una planta llamada mostaza Arabidopsis , descubrieron la cadena de eventos bioquímicos que conducen a su apagado por la noche. La disminución de la luz hace que una pequeña proteína de señalización llamada ACTH4 pierda electrones y se oxide, lo que, a su vez, lo impulsa rápidamente a transmitir el "tomar unromper "mensaje a la enzima de producción de almidón.
El descubrimiento del interruptor "apagado" es significativo en sí mismo porque la capacidad de detener rápidamente la producción de almidón a pedido es un atributo esencial de la vida de la planta. Por la noche, la planta descompone el almidón, su principal almacén de energíautilizándolo para el crecimiento y el desarrollo. Si la producción no se detiene, la planta entraría en un ciclo inútil y de desperdicio de energía, en el que erróneamente seguiría produciendo nuevo almidón a partir de los productos de descomposición.
Al investigar más a fondo el mecanismo de apagado, los científicos hicieron otra revelación completamente inesperada. Se dieron cuenta de que este mecanismo permanece activo a un nivel bajo durante todo el día. Es como si la planta impulsara su producción de almidón presionando el pedal del acelerador ylos frenos simultáneamente: activar la producción y al mismo tiempo mantenerlo bajo control. Cuando los científicos diseñaron genéticamente las plantas para eliminar los "frenos", la producción de almidón se disparó en casi un 20 por ciento. Esto sugiere que, en general, la eficiencia de la producción se mantiene ensolo alrededor del 80 por ciento porque el pedal del freno está activado todo el tiempo. En el futuro, esta investigación puede permitir aumentar la producción de almidón en los cultivos agrícolas.
¿Por qué las plantas producen almidón naturalmente de una manera tan ineficiente? Los científicos creen que este enfoque aparentemente derrochador es la clave para una estrategia de adaptación inteligente.
Dado que la intensidad de la luz, y con ella la tasa de fotosíntesis, a menudo fluctúa rápidamente a lo largo del día, la planta necesita ajustar su metabolismo de manera continua. En particular, la síntesis de almidón debe estar estrechamente sincronizada con la fotosíntesis para que los compuestos generenen las reacciones fotosintéticas, se absorben rápidamente; de lo contrario, las moléculas de oxígeno reactivas llamadas radicales libres, generadas como un subproducto de la fotosíntesis, pueden acumularse en niveles excesivos y dañar la planta.
Al presionar simultáneamente su acelerador y los pedales de freno, las plantas pueden controlar su producción de almidón de manera rápida y efectiva, ajustando las fuerzas relativas de los dos pedales. Además, mantener el pedal del freno presionado todo el tiempo deja espacio para un posible aumentola luz solar de repente se vuelve extremadamente intensa. De hecho, los científicos descubrieron que cuando la intensidad de la luz aumentaba abruptamente en sus experimentos, la síntesis de almidón también se disparaba de manera transitoria.
Si las plantas ya estuvieran produciendo almidón a plena capacidad, no podrían aumentar su producción más y perecerían por el exceso resultante de radicales libres generados en la elevada fotosíntesis. Por lo tanto, mantener "un pie en los frenos" es partedel sofisticado conjunto de mecanismos de control que ha ayudado a las plantas a sobrevivir durante cientos de millones de años en un entorno cambiante y a menudo impredecible.
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Weizmann . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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