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Revelada la maquinaria oculta de un gigante fotosintético

Revelada la maquinaria oculta de un gigante fotosintético
Caracterización bioquímica del complejo de monómero PSI purificado de T. elongatus. Crédito: Biología de las comunicaciones (2021). DOI: 10.1038 / s42003-021-01808-9

La fotosíntesis es el fundamento de casi todos los seres vivos de la tierra y, sin embargo, no se comprende hasta el último detalle. Un equipo de investigación internacional ha descubierto ahora uno de sus secretos. 


Los investigadores de la Ruhr-Universität Bochum (RUB), la Universidad de Osaka, Japón, y la Universidad Kafrelsheikh, Egipto, han aislado con éxito una rara manifestación del fotosistema I y la han estudiado en detalle. El estudio proporcionó nuevos conocimientos sobre el transporte de energía luminosa en este gigantesco complejo de proteínas fotosintéticas. El trabajo colaborativo se publica en línea en la revista Communications Biology el 8 de marzo de 2021.

El poder de la fotosíntesis

La fotosíntesis representa el único proceso biológico que convierte la energía de la luz solar en energía almacenada químicamente. A nivel molecular , las enzimas fotosintéticas clave llamadas fotosistemas son responsables de este proceso de conversión. El fotosistema I (PSI), uno de los dos fotosistemas, es un gran complejo de proteínas de membrana que puede estar presente en diferentes formas, como monómeros, dímeros, trímeros o incluso tetrámeros.

La nueva técnica de aislamiento ayuda a revelar la estructura del PSI monomérico

Aunque la estructura del PSI trimérico de la cianobacteria termófila Thermosynechococcus elongatus se resolvió hace 20 años, todavía no era posible obtener la estructura correspondiente del PSI monomérico. El principal cuello de botella fue la escasa abundancia natural de esta forma específica de PSI. Por lo tanto, los investigadores de RUB desarrollaron un nuevo método de extracción, que permitió el aislamiento selectivo de monómeros PSI con alto rendimiento. El complejo de proteínas aislado se caracterizó en detalle en RUB mediante espectrometría de masas, espectroscopía y métodos bioquímicos, mientras que el equipo de investigación de la Universidad de Osaka pudo resolver su estructura mediante microscopía crioelectrónica.

El trabajo en equipo entre clorofilas y lípidos podría permitir una transferencia de energía cuesta arriba

La estructura atómica del PSI monomérico proporciona nuevos conocimientos sobre la transferencia de energía dentro del complejo proteico, así como sobre la localización de las llamadas clorofilas rojas, clorofilas especialmente dispuestas, que interactúan estrechamente entre sí y, por lo tanto, permiten la absorción de rojo lejano de baja energía. luz, que normalmente no se puede utilizar para la fotosíntesis . Curiosamente, la estructura reveló que las clorofilas rojas parecen interactuar con los lípidos de la membrana circundante. Esta disposición estructural podría indicar que se utiliza energía térmica adicional para hacer que la luz roja lejana sea accesible para la fotosíntesis.

La cooperación a largo plazo da más frutos

La investigación colectiva se llevó a cabo en el marco del Programa de Promoción de la Investigación Conjunta Internacional 824, un convenio de cooperación entre la Facultad de Biología y Biotecnología de RUB y el Instituto de Investigación de Proteínas (IPR) de la Universidad de Osaka, establecido en 2017. El Programa de Promoción consolidó aún más la colaboración activa a largo plazo entre el laboratorio del profesor Genji Kurisu en IPR y el grupo de proyecto de Bochum «Mecanismos moleculares de la fotosíntesis», encabezado por el profesor Marc Nowaczyk.

Un programa LabExchange establecido recientemente en la Facultad de Biología y Biotecnología de la Universidad de Osaka brinda a los estudiantes de RUB posibilidades adicionales para realizar sus proyectos de investigación en la tierra del sol naciente.




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