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Investigadores revelan nueva información sobre la fotosíntesis

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La fotosíntesis es el proceso mediante el cual las plantas y otros organismos transforman la energía luminosa en energía química.

El fotosistema I en las plantas revela un examen facial/molecular hasta ahora no observado con alta precisión.

La fotosíntesis es la base más importante de la vida en la Tierra. En él, las plantas y las algas unicelulares producen biomasa y azúcar a partir de la energía de la luz solar. El oxígeno también se libera a lo largo de este proceso. Ahora, por primera vez, la estructura de un complejo proteico novedoso que cataliza los procesos de conversión de energía en <span class="glossaryLink" aria-describedby="tt" data-cmtooltip="

fotosíntesis

La fotosíntesis es cómo las plantas y algunos microorganismos usan la luz solar para sintetizar carbohidratos a partir de dióxido de carbono y agua.

” data-gt-translate-atributos=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>la fotosíntesis ha sido determinada por biotecnólogos de plantas y biólogos estructurales de las universidades de Münster (Alemania) y Estocolmo (Suecia).

Este complejo proteico es el fotosistema I, que se conoce como complejo proteico único (monómero) en las plantas. Profesor Michael Hippler de la <span class="glossaryLink" aria-describedby="tt" data-cmtooltip="

Universidad de Munster

Establecida en 1780, la Universidad de Münster (en alemán: Westfälische Wilhelms-Universität Münster, WWU) es una universidad pública ubicada en la ciudad de Münster, Renania del Norte-Westfalia en Alemania. Ofrece una amplia gama de materias en ciencias, ciencias sociales y humanidades con más de 120 campos de estudio en 15 departamentos.

” data-gt-translate-atributos=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>La Universidad de Münster y el profesor Alexey Amunts de la Universidad de Estocolmo dirigieron un equipo de investigadores que demostró por primera vez que dos monómeros del fotosistema I en las plantas pueden unirse como un dímero y describieron la estructura molecular de este nuevo tipo de máquina molecular .

Los hallazgos, que han sido publicados recientemente en la revista Naturaleza Plantas, proporcionan conocimientos moleculares sobre el proceso de fotosíntesis con un grado de precisión sin precedentes hasta la fecha. Podrían ayudar a hacer uso de la fuerza reductora (la voluntad de ceder electrones) del fotosistema I de manera más efectiva en el futuro, por ejemplo, para producir hidrógeno como fuente de energía.

El trasfondo: Hay dos complejos de fotosíntesis, llamados fotosistemas I y II, que funcionan mejor en el caso de luz con diferentes longitudes de onda. La captación de energía luminosa en los fotosistemas I y II permite que los electrones sean transportados dentro de la «máquina fotosintética» molecular, impulsando así la conversión de energía luminosa en energía química. En el proceso, los electrones del fotosistema I se transmiten a la proteína ferredoxina.

En las algas verdes, la ferredoxina puede transmitir electrones que surgen durante la fotosíntesis a una enzima llamada hidrogenasa, que luego produce hidrógeno molecular. Este hidrógeno molecular se produce por la entrada de energía luminosa, lo que significa que se produce de forma renovable y podría actuar como una futura fuente de energía. Los investigadores se hicieron la pregunta: “¿Cómo se relaciona la producción de hidrógeno fotosintético con la dinámica estructural del fotosistema monómero y dímero I?

Los resultados en detalle

El fotosistema I homodímero del alga verde. Chlamydomonas reinhardtii consta de 40 subunidades de proteínas con 118 hélices transmembrana que proporcionan una estructura para 568 pigmentos de fotosíntesis. Usando microscopía electrónica criogénica, los investigadores demostraron que la ausencia de subunidades con la designación PsaH y Lhca2 conduce a una orientación cabeza a cabeza del fotosistema monomérico I (PSI) y sus proteínas asociadas de captación de luz (LHCI). La proteína captadora de luz Lhca9 es el elemento clave que proporciona esta dimerización.

En el estudio, los investigadores definen el modelo PSI-LHCI disponible con mayor precisión a una resolución de 2,3 Ångström (un Ångström corresponde a una diezmillonésima de milímetro), incluido el transmisor de electrones plastocianina unido de forma flexible, y asignan la identidad y orientación a todos los pigmentos, así como a 621 moléculas de agua que influyen en las vías de transmisión de energía. En relación con la pérdida de un segundo gen (pgr5), la regulación negativa inducida genéticamente de la subunidad Lhca2 da como resultado una producción muy eficiente de hidrógeno en el doble mutante. Como dice Michael Hippler: “El agotamiento de Lhca2 promueve la formación de dímero PSI, por lo que sugerimos que la hidrogenasa puede favorecer la selección de electrones fotosintéticos del dímero PSI, como propusimos en nuestro trabajo anterior. La estructura del dímero PSI nos permite realizar modificaciones genéticas específicas para probar la hipótesis de una mejor producción de hidrógeno a través del dímero PSI”.

Referencia: “Fotosistema de algas I dímero y modelo de alta resolución del complejo PSI-plastocianina” por Andreas Naschberger, Laura Mosebach, Victor Tobiasson, Sebastian Kuhlgert, Martin Scholz, Annemarie Perez-Boerema, Thi Thu Hoai Ho, André Vidal-Meireles, Yuichiro Takahashi, Michael Hippler y Alexey Amunts, 13 de octubre de 2022, Naturaleza Plantas.
DOI: 10.1038/s41477-022-01253-4

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