La identificación de un gen necesario para expandir la recolección de luz en la fotosíntesis en el espectro de luz roja lejana proporciona pistas para el desarrollo de la fotosíntesis productora de oxígeno, un avance evolutivo que cambió la historia de la vida en la Tierra ". Conocimiento de cómo evolucionó la fotosíntesispodría capacitar a los científicos para diseñar mejores formas de utilizar la energía de la luz en beneficio de la humanidad ", dijo Donald A. Bryant, profesor de biotecnología Ernest C. Pollard y profesor de bioquímica y biología molecular en la Universidad Penn State y líder del equipo de investigación.que hizo el descubrimiento
Este descubrimiento, que podría permitir a los científicos diseñar plantas de cultivo que aprovechen más eficientemente la energía del Sol, será publicado en línea por la revista ciencia .
"La fotosíntesis generalmente ocupa el tercer lugar después del origen de la vida y la invención del ADN en las listas de los mayores inventos de la evolución", dijo Bryant. "La fotosíntesis fue una invención tan poderosa que cambió la atmósfera de la Tierra al producir oxígeno, permitiendo diversas yformas de vida complejas algas, plantas y animales para evolucionar "
Los investigadores identificaron el gen que convierte la clorofila a, el pigmento absorbente de luz más abundante utilizado por las plantas y otros organismos que aprovechan la energía a través de la fotosíntesis, en clorofila f, un tipo de clorofila que absorbe la luz en el rojo lejanorango del espectro de luz. Hay varios tipos diferentes de clorofila, cada uno sintonizado para absorber la luz en diferentes longitudes de onda. La mayoría de los organismos que obtienen su energía de la fotosíntesis usan luz en el rango visible, longitudes de onda de aproximadamente 400 a 700 nanómetros.demostró que la clorofila f permite que ciertas cianobacterias bacterias que usan la fotosíntesis y que a veces se llaman algas verdeazuladas crezcan eficientemente en la luz justo fuera del rango visual humano habitual: luz roja lejana 700 a 800 nanómetros.La capacidad de usar longitudes de onda de luz diferentes a las absorbidas por plantas, algas y otras cianobacterias confiere una poderosa ventaja a aquellos organismos que producen clorofila f -- pueden sobrevivir y crecer cuando la luz visible que usan normalmente está bloqueada.
"Hay casi tanta energía en la luz roja lejana e infrarroja cercana que llega a la Tierra desde el Sol como en la luz visible", dijo Bryant. "Por lo tanto, la capacidad de extender la recolección de luz en las plantas en este rangopermitiría a las plantas utilizar de manera más eficiente la energía del sol y podría aumentar la productividad de la planta ".
El gen que los investigadores identificaron codifica una enzima que está distantemente relacionada con uno de los componentes principales de la maquinaria de proteínas utilizada en la fotosíntesis productora de oxígeno. Los investigadores demostraron que la conversión de clorofila a a clorofila f requiere solo esta enzima en unsistema simple que podría representar una etapa intermedia temprana en la evolución de la fotosíntesis. Comprender el mecanismo por el cual las funciones enzimáticas podrían proporcionar pistas que permitan a los científicos diseñar mejores formas de usar la energía de la luz.
"Existe un gran interés en crear fotosíntesis artificial como fuente de energía alternativa", dijo Bryant. "Comprender la trayectoria evolutiva que la naturaleza usó para crear la producción de oxígeno en la fotosíntesis es un componente que ayudará a los científicos a diseñar un sistema eficiente y efectivo".La dificultad es que la fotosíntesis es un proceso increíblemente complejo con cientos de componentes y, hasta ahora, había pocas etapas intermedias conocidas en su evolución. El sistema simple que describimos en este documento proporciona un modelo que puede manipularse aún más experimentalmente para estudiar esos primerosetapas en la evolución de la fotosíntesis "
Al desactivar el gen que codifica la enzima en dos cianobacterias que normalmente producen clorofila f, los investigadores demostraron que la enzima es necesaria para la producción de clorofila f. El experimento mostró que, sin esta enzima, estas cianobacterias ya no podrían sintetizar clorofilaf Al agregar artificialmente el gen que codifica la enzima, los investigadores también demostraron que esta enzima es todo lo que se necesita para convertir las cianobacterias que normalmente no producen clorofila f en las que pueden producirla.
Otra pista de que la enzima recientemente identificada podría representar una etapa temprana en la evolución de la fotosíntesis es que la enzima requiere luz para catalizar su reacción y puede no requerir oxígeno, como los científicos sospechaban anteriormente ". Porque la enzima que sintetiza clorofila f requiereligero pero puede que no requiera oxígeno para su actividad, es posible que evolucionó antes del Photosystem II, el complejo fotosintético que produce oxígeno y con el que está relacionada la enzima. Si la enzima es un predecesor evolutivo del Photosystem II, entonces la evolución tomó prestada una enzimaoriginalmente se usó para la síntesis de clorofila y se utilizó para desarrollar una enzima que podría producir oxígeno, lo que finalmente condujo a cambios en la atmósfera de la Tierra ", dijo Bryant.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Original escrito por Sam Sholtis. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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