Investigadores de la Universidad de Queensland UQ y la Universidad de Münster WWU han purificado y visualizado el supercomplejo 'Cyclic Electron Flow' CEF, una parte crítica de la maquinaria fotosintética en todas las plantas, en un descubrimiento que podríaayudar a guiar el desarrollo de biotecnologías solares de próxima generación.
Los hallazgos, realizados en colaboración con un equipo internacional de científicos de las universidades de Basilea, Okayama y Nueva Gales del Sur, se han publicado en Actas de las Academias Nacionales de Ciencias y proporcionar nuevos conocimientos sobre el proceso de fotosíntesis a nivel molecular.
"Para el año 2050, necesitaremos un 50% más de combustible, un 70% más de alimentos y un 50% más de agua limpia. Las tecnologías basadas en microalgas fotosintéticas tienen el potencial de desempeñar un papel importante en la satisfacción de estas necesidades", dice el profesor Ben.Hankamer, que tiene su sede en el Instituto de Biociencia Molecular de la UQ y dirige el Centro de Biotecnología Solar. Las biotecnologías basadas en microalgas alimentadas con energía solar avanzarán a través de una mejor comprensión de cómo estos organismos capturan y almacenan energía solar a nivel molecular.
Durante más de tres mil millones de años, las plantas, las algas y las bacterias verde azuladas han desarrollado una elaborada nano-maquinaria que les permite realizar la fotosíntesis, en la que la energía solar se captura y almacena en forma de energía química.
Esta energía química toma la forma de moléculas ATP y NADPH, que son esenciales para una gran cantidad de procesos celulares.
"El ATP y el NADPH permiten que los organismos fotosintéticos crezcan y, a medida que crecen, producen oxígeno atmosférico, así como alimentos y combustibles que sustentan la vida en la Tierra", dice el profesor Hippler, del Instituto de Biología y Biotecnología Vegetal de WWU.
La fotosíntesis se ejecuta en dos modos: flujo lineal de electrones LEF y flujo cíclico de electrones CEF. Para trabajar de manera eficiente en condiciones de luz en constante cambio, un organismo fotosintético debe equilibrar la luz que absorbe con la energía, ATP y NADPH quenecesidades. Para ello, ajusta continuamente los niveles de estos dos modos en relación entre sí.
"Se ha informado de pruebas bioquímicas de que un gran conjunto macromolecular llamado supercomplejo de flujo de electrones cíclicos CEF juega un papel fundamental en este proceso de ajuste fino. Sin embargo, debido a su naturaleza dinámica, fue difícil purificar este supercomplejo para la determinación de la estructura", dice el profesor Hankamer.
Para abordar esto, el equipo utilizó métodos sofisticados para purificar y caracterizar el supercomplejo CEF de microalgas, y luego analizó su estructura mediante microscopía electrónica.
Los investigadores obtuvieron minuciosamente imágenes de alrededor de medio millón de complejos de proteínas extraídos de microalgas en busca del supercomplejo. Solo alrededor de mil de estos resultaron ser el supercomplejo CEF.
El análisis estructural reveló cómo los complejos de captación de luz, el fotosistema I y los componentes del citocromo b6f se ensamblan en el supercomplejo CEF y cómo su disposición les permite conectarse y desconectarse dinámicamente para realizar diferentes funciones que permiten que el organismo se adapte a las diferentes condiciones de luz y requisitos de energía..
Esta información, junto con evidencia experimental adicional, permitió a los investigadores proponer una nueva hipótesis sobre cómo funciona el supercomplejo CEF.
"El supercomplejo CEF es un excelente ejemplo de una estructura evolutivamente altamente conservada", dice el profesor Hippler, explicando que parece estar conservado en muchas plantas y algas y probablemente no ha cambiado significativamente en millones de años.
"El trabajo es fundamental para los esfuerzos del Centro de Biotecnología Solar para desarrollar biotecnologías e industrias solares de próxima generación", explica el profesor Hankamer.
El Centro se ha expandido para incluir 30 equipos internacionales en Europa, Asia, EE. UU., Australia y Nueva Zelanda, y está dedicado al desarrollo de biotecnologías solares de próxima generación basadas en algas verdes fotosintéticas.
El equipo tiene como objetivo optimizar la maquinaria fotosintética de las algas verdes para producir tecnologías que ayuden a abordar las crecientes necesidades de energía, alimentos y agua del mundo, dice el profesor Hankamer.
"Para lograr estos objetivos, debemos comprender cómo funcionan los procesos fotosintéticos a nivel molecular", dice.
Esta nueva información ayudará a orientar el diseño de tecnologías de captura solar de próxima generación basadas en microalgas y una amplia gama de biotecnologías e industrias impulsadas por energía solar para la producción de productos de alto valor, alimentos, combustible y agua limpia. La extracción de CO 2 de la atmósfera y su utilización y almacenamiento también son áreas interesantes a medida que la comunidad internacional desarrolla soluciones para combatir el cambio climático.
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Materiales proporcionados por Universidad de Queensland . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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