Los científicos que estudian las paredes celulares de las plantas, soportes estructurales que ayudan a las plantas a superar la fuerza descendente de la gravedad, han descubierto detalles mecanicistas de una proteína involucrada en el ensamblaje de la lignina, un componente clave de la pared celular. La proteína actúa como un objetivo "lanzadera de electrones, "entregando el" combustible "que impulsa la construcción de un tipo específico de bloque de construcción de lignina.
El estudio, publicado en La célula vegetal el 8 de abril de 2019, por científicos del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. Y sus colaboradores, reveló que este transbordador de electrones en particular era diferente de los que impulsan la producción de otros tipos de precursores de lignina, dijo Chang-Jun Liu,el bioquímico Brookhaven Lab que dirigió la investigación. Estos hallazgos sugieren que controlar la abundancia relativa de proteínas lanzadera de electrones podría ser una nueva estrategia para controlar qué bloques de construcción de la pared celular se colocan a medida que crecen las plantas.
Tradicionalmente, los científicos han tratado de controlar la mezcla de lignina y otros bloques de construcción de la pared celular enfocándose en la asignación de carbono, la columna vertebral esencial de todas estas moléculas. La idea es conducir el carbono a moléculas que serían útiles paraaplicaciones.
Por ejemplo, una determinada mezcla de bloques de construcción de lignina podría hacer que las paredes celulares sean más fáciles de descomponer para aumentar la eficiencia de la conversión de biomasa en biocombustibles. Por otro lado, podría usarse una abundancia de un polímero de lignina particular para fabricar fibras de carbonoo compuestos aromáticos de alto valor para sabores y fragancias.
"Gran parte de este trabajo anterior se ha dirigido directamente a las enzimas que dirigen el carbono hacia diferentes vías bioquímicas", dijo Liu de Brookhaven, quien también ocupa un puesto adjunto en la Universidad Stony Brook.
El nuevo trabajo sugiere un enfoque alternativo, dirigido a las proteínas lanzaderas que entregan los electrones necesarios para activar las enzimas.
"Los electrones son como el combustible para la reacción", explicó Liu. "Para estas enzimas, sin este combustible, estas reacciones no pueden ocurrir. Al apuntar a las proteínas de suministro de electrones, podemos redirigir selectivamente el flujo de electrones para cambiar la lignina de las plantascomposición."
detalles bioquímicos
Los científicos identificaron la especificidad de la proteína lanzadera de electrones a través de estudios detallados de las vías bioquímicas que conducen a la síntesis de tres precursores de lignina diferentes. Ya sabían que la síntesis de cada subtipo de lignina - H, G y S -está controlado por una enzima oxidativa diferente como parte de un único proceso de hidroxilación de tres pasos.
"Para los tres, la enzima en sí misma es insuficiente para que la reacción avance", dijo Liu. Cada uno necesita electrones, entregados por una proteína asociada.
Para identificar qué socios, qué proteínas transportadoras de electrones, podrían suministrar electrones en cada paso, los científicos "etiquetaron" cada una de las enzimas con un "gancho" inmunológico diferente.
"Usamos las tres enzimas en la vía como cebo", dijo Liu.
explicó, "las etiquetas son marcadores a los que se unen los anticuerpos, por lo que puede usar anticuerpos para capturar las proteínas etiquetadas", explicó. "Las proteínas asociadas con cada proteína etiquetada aparecen durante el viaje. De esa manera podemos ver con qué proteínas están interactuando".cada una de las tres enzimas distintas "
Además de identificar un portador de electrones que ya se sabe que juega un papel en las rutas de síntesis de lignina, estos estudios de "espectrometría de inmunoprecipitación-masa" revelaron que un conjunto de parejas previamente no identificadas también interactuaban con algunas de las enzimas.
Para centrarse en el papel de estos socios proteicos adicionales, los científicos usaron genética bioquímica. Usaron cepas de plantas experimentales de Arabidopsis que carecían del gen para cada proteína en particular para ver qué efecto tendrían los genes faltantes en la cantidad total de ligninay cada tipo de subcomponente H, G y S.
Descubrieron que la eliminación del gen para una de estas proteínas solo afecta la producción de lignina S. Llegaron a la conclusión de que esta proteína lanzadera de electrones "recién identificada" debe estar asociada con el último paso en el proceso de tres pasos: elque produce lignina S.
Estudios bioquímicos adicionales confirmaron la conclusión sobre el papel exclusivo de esta proteína alternativa de lanzadera de electrones en la producción de S lignina, y la justificación detrás de la estrategia para apuntar a las proteínas lanzadera.
"Las plantas usan la energía del sol para convertir el dióxido de carbono en azúcares que, cuando se descomponen, liberan energía que fluye en proteínas transportadoras", dijo Liu. "Las proteínas transportadoras específicas entregan esta energía en forma de electrones en diferentes reacciones para impulsar todo el metabolismoproceso. Al controlar el flujo de electrones en esas diversas vías, podemos controlar qué productos fabrican las plantas, controlando así los procesos de conversión y almacenamiento de carbono en las plantas ".
Esta investigación fue financiada por la Oficina de Ciencia del DOE BES. Dos de los colaboradores fueron apoyados parcialmente por una beca del Consejo de Becas de China. Parte de la investigación utilizó un microscopio confocal en el Centro de Nanomateriales Funcionales, una Oficina del DOEof Science User Facility en Brookhaven National Laboratory.
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Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Brookhaven . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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