Ludwig-Maximilians-Universitaet LMU en Munich, los biólogos Marcel Dann y Dario Leister han demostrado por primera vez que las cianobacterias y las plantas emplean mecanismos similares y proteínas clave para regular el flujo de electrones cíclicos durante la fotosíntesis.
El flujo cíclico de electrones CEF es un componente crucial de la fotosíntesis tanto en plantas como en cianobacterias. Sin embargo, hasta ahora, no estaba claro en qué se diferencia y con qué componentes comparte el proceso de transporte de electrones relacionado con el proceso lineal.flujo de electrones LEF o cómo se regula. Los biólogos de LMU Marcel Dann y Dario Leister han demostrado ahora que dos proteínas específicas, llamadas PGRL1 y PGR5, median el control de CEF en plantas. Estas proteínas se habían identificado como elementos importantes en la fotosíntesis enEn los últimos años, tanto en el laboratorio de Leister como por un grupo de investigadores en Japón. En las plantas, la cantidad de energía biológicamente útil en forma de ATP generada por la vía LEF es insuficiente para la síntesis de azúcares a partir de dióxido de carbono. El ATPproducido por el flujo cíclico de electrones compensa este déficit, y es vital para la fijación de carbono. Esto se hace evidente cuando las plantas están expuestas al estrés, tienen que reparar el daño causado por los altos niveles de luz o se enfrentan con ingenioh otros cambios ambientales nocivos."Cuando el CEF es defectuoso, las plantas se enferman muy rápidamente", dice Leister.
Dado que el flujo de electrones cíclicos es extremadamente difícil de medir directamente en las plantas, Dann y Leister recurrieron a las cianobacterias, que también poseen una vía CEF. Las cianobacterias son un sistema modelo muy útil porque los orgánulos conocidos como cloroplastos, los sitios de fotosíntesis en las plantas- en realidad se derivaron de ellos durante la evolución. Los mecanismos moleculares que regulan el CEF en las cianobacterias son, por lo tanto, similares a los utilizados por las plantas, pero significativamente menos complejos, explica Leister. "Estos son sistemas que utilizan una forma más simple de fotosíntesis".su estudio, que aparece en la revista en línea Comunicaciones de la naturaleza , los autores introdujeron los genes que codifican las dos proteínas vegetales PGRL1 y PGR5 en varias cepas mutantes de estas bacterias y analizaron sus efectos sobre la fotosíntesis. "Nos sorprendió bastante descubrir que de hecho podíamos medir algo que se parecía mucho atransporte cíclico de electrones ", dice Leister. Este hallazgo demuestra claramente que estas dos proteínas desempeñan un papel clave en el flujo cíclico de electrones. Además, se descubrió que son suficientes para restablecer el CEF en cianobacterias mutantes.
Esto es particularmente notable, porque las cianobacterias carecen de PGRL1, aunque tienen una proteína similar a la PGR5. Por esta razón, los investigadores se han preguntado durante mucho tiempo por qué estas células logran implementar CEF con la ayuda de este homólogo de PGR5 solo, mientras que la vía vegetalrequiere tanto PGR5 como PGRL1. Los dos investigadores también encontraron una posible respuesta a este acertijo. Demostraron que las cianobacterias tienen una segunda proteína, llamada Sll1217, que aparentemente tiene una función análoga a la de PGRL1 en las plantas. Aunque Sll1217 muestra solo un valor muy bajonivel de similitud estructural es decir, secuencia de aminoácidos a la planta PGRL1, interactúa con PGR5 de plantas y cianobacterias. Dann y Leister son los primeros en sugerir una función en CEF para Sll1217.
Dario Leister planea hacer un uso práctico de estos nuevos conocimientos. Su último proyecto, "PhotoRedesign", por el que recientemente recibió una Beca Synergy del Consejo Europeo de Investigación ERC, se propone mejorar el rendimiento fotosintético y desarrollar formas de permitirplantas para hacer un mejor uso de la luz solar. "Estamos intentando vencer a la naturaleza combinando los mejores elementos de diferentes sistemas de fotosíntesis", dice Leister. En este sentido, las cianobacterias genéticamente alteradas brindan nuevas oportunidades para una mayor experimentación. "En bacterias,puede alterar experimentalmente la versión vegetal del transporte cíclico de electrones mediante manipulación genética en unas pocas semanas ", señala Leister." La cepa de cianobacterias alterada es como un laboratorio viviente, lo que nos permite jugar con el proceso de CEF. Tales experimentos requeriríanaños en las plantas ". - Y las soluciones que actúan en las cianobacterias se pueden probar en las plantas." Eso no solo ahorra mucho tiempo, sino que nos permite llevar a cabo expericosas que serían imposibles de realizar en plantas ".
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Materiales proporcionado por Ludwig-Maximilians-Universität München . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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