En las plantas, las proteínas transportadoras de azúcar (STP) son clave para la absorción de glucosa. Son responsables de la importación de azúcar a los órganos de las plantas como semillas, polen y frutos y son esenciales para el correcto desarrollo de los tejidos.
por Lisbeth Heilesen, Universidad de Aarhus
Además, las plantas utilizan el control de la absorción de azúcar a través de las STP como una estrategia de defensa vital contra la infección microbiana, mediante el uso de la inanición y la competencia por el azúcar para restringir el crecimiento microbiano.
Los resultados son una continuación de una investigación anterior del grupo de investigación del profesor asociado Bjørn Panyella Pedersen en el Departamento de Biología Molecular y Genética. Un gran desafío para avanzar en el campo es obtener estructuras de STP en diferentes conformaciones.
Doctor. El estudiante y primer autor Laust Bavnhøj explica: «Las STP son proteínas de membrana altamente dinámicas que sufren grandes cambios conformacionales durante el transporte. Esta flexibilidad presenta un gran desafío ya que se necesita estabilización conformacional para facilitar la solución de la estructura mediante cristalografía de rayos X. Este desafío fue exacerbado porque necesitábamos el transportador en una conformación muy específica para responder a nuestras preguntas. Basándonos en nuestro trabajo anterior, pudimos diseñar mutantes que funcionaran para desestabilizar una conformación que mira hacia afuera. Esto nos permitió romper el «agua muerta conformacional» y empujar nuestra proteína en una nueva conformación orientada hacia el interior «.
El nuevo trabajo reporta dos estructuras cristalinas de Arabidopsis thaliana STP10. Las estructuras representan dos estados principales necesarios para comprender la imagen completa de la cotranslocación del sustrato y del protón a través de la membrana celular y hacia el interior de la célula.
Estructura y dinámica de la mano
En un esfuerzo de colaboración con el grupo de la profesora Birgit Schiøtt del Departamento de Química de la Universidad de Aarhus, los investigadores también utilizaron simulaciones de dinámica molecular de última generación para respaldar la noción de unión de protones empleando múltiples enfoques independientes. Las estructuras y la dinámica molecular, en combinación con una caracterización bioquímica completa de STP10, ofrecen evidencia de un mecanismo de absorción de azúcar basado en un sitio de unión de glucosa bien definido vinculado a un sitio de unión de protones claro. Juntos, los hallazgos proporcionan la primera evidencia de los elementos que se requieren para el mecanismo de transporte de sustrato esencial para todas las STP y otras familias de proteínas relacionadas.
«Combinando estos métodos, pudimos no solo identificar elementos clave involucrados en el ciclo de transporte dentro de las STP, sino también proporcionar nueva evidencia de los mecanismos reguladores conservados dentro de la familia de los porteros de azúcar en todos los reinos de la vida», dice Bjørn Panyella Pedersen. «Recientemente demostramos que este mecanismo regulador también se encuentra en transportadores de azúcar humanos, y nuestro nuevo trabajo respalda la idea de un esquema general para el control cinético dentro de la familia Sugar Porter a lo largo de la evolución».
Investigadores de la Universidad de Aarhus acaban de dilucidar las estructuras de una proteína de transporte de azúcar que impulsa el transporte de azúcar en las plantas. El estudio proporciona una visión completa de la absorción de azúcar en los órganos de las plantas, como flores, semillas y frutos. La investigación futura puede beneficiarse de estos descubrimientos para abordar desafíos como la seguridad alimentaria a través de la mejora de cultivos.
La investigación fue publicada en Nature Plants .
