Agricultura Botánica y Genética Estados Unidos

Los científicos revelan la estructura de los generadores de energía de las plantas

Los científicos revelan la estructura de los generadores de energía de las plantas
Brotes de frijol mungo cultivados en la oscuridad que proporcionan la materia prima para determinar la estructura de los complejos respiratorios de las plantas Crédito: Kaitlyn Abe y Maria Guadalupe Zaragoza (CC BY 4.0)

Los investigadores han revelado las primeras estructuras atómicas del aparato respiratorio que utilizan las plantas para generar energía, según un estudio publicado hoy en eLife .


por eLife


Las estructuras tridimensionales de estos grandes conjuntos de proteínas, las primeras descritas para cualquier especie de planta, son un paso hacia la capacidad de desarrollar herbicidas mejorados que se dirijan a la respiración de las plantas . También podrían ayudar al desarrollo de pesticidas más efectivos, que se dirigen al metabolismo de la plaga y evitan dañar los cultivos.

La mayoría de los organismos utilizan la respiración para recolectar energía de los alimentos. Las plantas usan la fotosíntesis para convertir la luz solar en azúcares y luego la respiración para descomponer los azúcares en energía. Se trata de pequeños componentes celulares llamados mitocondrias y un conjunto de cinco conjuntos de proteínas que se organizan en un «tren de transporte de electrones».

«Saber cómo las plantas convierten la energía a través de la respiración es una parte crucial para comprender cómo crecen las plantas, cómo se adaptan a los cambios en el medio ambiente y qué estrategias podemos usar para mejorar el rendimiento de los cultivos «, explica la primera autora Maria Maldonado, becaria postdoctoral en el Departamento. de Biología Molecular y Celular, Universidad de California, Davis (UC Davis), EE. UU. «Sin embargo, aunque las estructuras tridimensionales de los componentes de la respiración se comprenden bien en mamíferos, hongos y bacterias, los desafíos técnicos de recolectar muestras puras de complejos mitocondriales en plantas significan que estas estructuras siguen siendo en gran parte desconocidas».

El equipo se propuso obtener estructuras tridimensionales de tres componentes en la cadena de transporte de electrones : complejo III, complejo IV y supercomplejo III-IV. Extrajeron complejos de mitocondrias de brotes de frijol mungo tratados con un detergente suave y luego los estabilizaron antes de usar microscopía crioelectrónica para generar estructuras de alta resolución. Con base en estas estructuras, el equipo luego construyó modelos atómicos que muestran cómo los complejos interactúan con otras moléculas, como otras proteínas, iones y lípidos. Para cada uno de los tres complejos, pudieron determinar el número y la estructura de las subunidades, y las posibles moléculas que se unen a ellas y qué tan flexibles son las estructuras.

Sus modelos mostraron que varios aspectos de los complejos se comparten entre plantas, mamíferos, hongos y bacterias, incluidos varios componentes que originalmente se pensó que existían solo en las plantas. Sin embargo, el equipo también encontró varias características de los complejos que son exclusivas de las plantas , incluida la forma en que se ensambla el supercomplejo III-IV. Esto es importante, porque muchos herbicidas y pesticidas agrícolas están diseñados para interferir con los complejos respiratorios, y este hallazgo podría ayudar a hacerlos más selectivos para las plagas que pretenden matar.

«Nuestro trabajo proporciona estructuras de alta resolución de complejos respiratorios de plantas que revelan características específicas de las plantas, lo que permite el desarrollo de inhibidores más selectivos como herbicidas y pesticidas», concluye el autor principal James Letts, profesor asistente en el Departamento de Biología Molecular y Celular. UC Davis, Estados Unidos. «Más análisis comparativos de estas estructuras con el creciente número de complejos respiratorios nos permitirán comprender los principios fundamentales de la respiración en todo el árbol de la vida».


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