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El descubrimiento pone fin a la controversia sobre la ubicación de una enzima vegetal clave involucrada en la fotosíntesis

planta
Crédito: CC0 Public Domain

Científicos de la Universidad Queen Mary de Londres han identificado la ubicación de una enzima esencial en las células vegetales involucradas en la fotosíntesis, el proceso que utilizan las plantas para convertir la energía luminosa en energía química.


por Queen Mary, Universidad de Londres


Los hallazgos, publicados hoy en eLife , anulan el pensamiento convencional sobre dónde reside la enzima en las células vegetales y sugieren un papel probable en la regulación de los procesos energéticos a medida que las plantas se adaptan de la oscuridad a la luz .

Respondiendo al medio ambiente

Durante la fotosíntesis, las plantas convierten el carbono en reservas de energía a través del «transporte de electrones», que involucra una enzima llamada ferredoxina: NADP (H) oxidorreductasa o FNR.

Las plantas pueden cambiar rápidamente entre dos tipos de transporte de electrones: flujo lineal de electrones (LEF) y flujo cíclico de electrones (CEF) en respuesta a las condiciones ambientales. La transferencia de FNR entre estructuras de membrana en el cloroplasto, donde tiene lugar la fotosíntesis, se ha relacionado con este cambio.

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«El dogma actual establece que FNR lleva a cabo su función en el compartimento soluble del cloroplasto, pero la evidencia sugiere que la actividad de FNR aumenta cuando se adhiere a una membrana interna», explica la primera autora Manuela Kramer, Ph.D. estudiante de la Facultad de Ciencias Biológicas y Químicas de Queen Mary. «Necesitábamos averiguar con precisión dónde se encuentra FNR en el cloroplasto, cómo interactúa con otras proteínas y cómo esto afecta su actividad para comprender su papel en el cambio entre los procesos de transporte de electrones».

Los investigadores utilizaron tinción con inmuno-oro para identificar FNR en más de 300 cloroplastos de 18 plantas individuales de Arabidopsis. Descubrieron que la densidad de tinción de FNR era cinco veces mayor en el sistema de membrana interna del cloroplasto (tilacoides) que en el compartimento soluble (estroma), donde no se elevaba por encima de los niveles de fondo. Este marcado significativamente más alto en la membrana demostró que los cloroplastos contienen poco FNR soluble y confirmó por primera vez dónde se encuentra la enzima.

Interacciones con otras proteínas

Para comprender más sobre la ubicación de FNR, el equipo generó plantas donde la enzima se une específicamente a diferentes proteínas llamadas ‘proteínas de unión’. En plantas de Arabidopsis con contenido reducido de FNR, sustituyeron tres versiones de FNR del maíz, cada una con una capacidad de unión diferente a las proteínas de unión TROL y Tic62. Descubrieron que el rescate con tipos de FNR de maíz que se unían fuertemente a la proteína de unión Tic62 dio como resultado una densidad mucho más alta de marcaje de FNR de oro en regiones específicas de la membrana laminar de los tilacoides. todo el cloroplasto en las células vegetales depende de la unión a las proteínas de unión.

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Finalmente, el equipo probó cómo la ubicación de FNR afecta el transporte de electrones, comparando las tasas de flujo de electrones cuando las plantas se adaptaron a la oscuridad con el flujo de electrones después de su aclimatación a la luz. En plantas normales adaptadas a la oscuridad, una breve exposición a la luz dio como resultado un cambio a una mayor actividad de CEF. Sin embargo, esto no se observó en plantas que carecen de una fuerte interacción entre FNR y las proteínas de sujeción, lo que sugiere que estas plantas carecen de la capacidad de activar CEF. Después de la aclimatación a la luz, tanto las plantas de tipo salvaje como las mutantes tenían una actividad CEF disminuida similar, lo que sugiere que el impacto de FNR está relacionado con cambios dependientes de la luz en las interacciones entre la enzima y las proteínas de unión.

«Nuestros resultados muestran un vínculo entre la interacción de FNR con diferentes proteínas y la actividad de una vía de transporte de electrones fotosintéticos alternativa «, concluye el autor principal Guy Hanke, profesor titular de biología celular y molecular de plantas en Queen Mary. «Esto respalda un papel para la ubicación de FNR en la regulación del flujo de electrones fotosintéticos durante la transición de las plantas de la oscuridad a la luz».





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