Usando técnicas no destructivas de dispersión de neutrones, los científicos están examinando cómo los organismos unicelulares llamados cianobacterias producen oxígeno y obtienen energía a través de la fotosíntesis.
Los colaboradores de la Universidad de Washington en St. Louis y el Laboratorio Nacional Oak Ridge ORNL del Departamento de Energía de los EE. UU. DOE están llevando a cabo una serie de experimentos para estudiar el comportamiento de los ficobilisomas, grandes complejos de proteínas de antena en las células de cianobacterias, utilizandoel instrumento Bio-SANS, línea de luz CG-3, en el Reactor de isótopos de alto flujo HFIR del laboratorio. Los ficobilisomas recogen la luz para iniciar la fotosíntesis, y una mejor comprensión de este proceso podría ayudar a los investigadores a diseñar paneles solares más eficientes y otras estructuras artificiales que imitensistemas naturales.
Los neutrones pueden analizar estas delicadas estructuras sin dañarlas o matarlas y con más precisión espacial que otras técnicas como la microscopía.
"Con Bio-SANS, podemos ver lo que está sucediendo a nivel de nanoescala en tiempo real en una célula viva", dijo el investigador de ORNL Hugh O'Neill.
Los ficobilisomas se unen a las membranas celulares donde tienen lugar las reacciones de la fotosíntesis dependientes de la luz. Cambiar los complejos de antenas de los ficobilisomas puede tener consecuencias dramáticas y de gran alcance en las cianobacterias.
"Estamos interesados en modificar estos sistemas de antena y observar los cambios estructurales resultantes", dijo Michelle Liberton de la Universidad de Washington.
Durante visitas previas a ORNL, el equipo alteró artificialmente los ficobilisomas al eliminar ciertos genes en las células. Estas modificaciones causaron defectos estructurales en las membranas celulares y otros cambios drásticos en la fisiología celular.
Ahora están modificando naturalmente los complejos de antenas al privar a las cianobacterias de nitrógeno, un nutriente esencial para sus funciones básicas. Este proceso de agotamiento hace que la antena disminuya de tamaño, lo que a su vez conduce a importantes reordenamientos celulares y modificaciones en las capas de membrana.
Esta cadena de eventos ocurre porque las células descomponen los ficobilisomas y los usan como fuente alternativa de nitrógeno para sobrevivir.
"El complejo de antena de phycobilisome es una gran reserva de micronutrientes en las células", explicó Liberton. "Cuando el complejo se degrada, las células tienen acceso a materiales que ya no pueden obtener del medio ambiente".
Al determinar el alcance de estos cambios, el equipo espera comprender mejor la relación estructura-función entre la organización celular y la modificación natural. Estos procesos pueden revertirse de inmediato al restaurar el nitrógeno a las células.
Los investigadores planean comparar estos resultados con los registrados en sus estudios genéticos para explorar las diferencias entre las modificaciones artificiales y naturales y sus efectos sobre la composición intracelular de las cianobacterias.
Estos hallazgos respaldan el Centro de Investigación de Antena Fotosintética PARC, un Centro de Investigación de la Frontera Energética financiado por el DOE con sede en la Universidad de Washington desde 2009. El centro reúne una red internacional de expertos de la academia y las instalaciones de investigación, incluido ORNL, para estudiar la antenasistemas y su papel en la fotosíntesis.
"En el nivel fundamental, esta investigación está relacionada con la forma en que los sistemas naturales eficientes usan la luz solar", dijo el científico del instrumento Bio-SANS y colaborador de PARC, Volker Urban.
Estas ideas son invaluables para los contribuyentes de PARC que esperan mejorar la tecnología sostenible inspirada en el mundo natural.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Original escrito por Elizabeth Rosenthal. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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