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Revisando el flujo de energía en las células vegetales fotosintéticas

Al desarrollar métodos innovadores para visualizar los cambios de energía en compartimentos subcelulares en plantas vivas, el equipo del Dr. Boon Leong Lim, profesor asociado de la Facultad de Ciencias Biológicas de la Universidad de Hong Kong, después de mostrar cómo los cloroplastos optimizan su eficiencia energética hace 2 años………………


por la Universidad de Hong Kong


Al desarrollar métodos innovadores para visualizar los cambios de energía en compartimentos subcelulares en plantas vivas, el equipo del Dr. Boon Leong Lim, profesor asociado de la Facultad de Ciencias Biológicas de la Universidad de Hong Kong, después de mostrar cómo los cloroplastos optimizan su eficiencia energética hace 2 años , recientemente resolvió una cuestión controvertida en la fotosíntesis: ¿Cuál es la fuente de NADH (dinucleótido de adenina de nicotinamida reducida) para que las mitocondrias generen ATP (trifosfato de adenosina)? Los resultados se acaban de publicar en la revista Nature Communications .

La fotosíntesis utiliza la luz como fuente de energía para que los cloroplastos de las plantas sinteticen carbohidratos a partir del agua y las moléculas de CO 2 . ATP desempeña un papel importante en este proceso, ya que promueve el crecimiento de las plantas y proporciona energía para diversas actividades celulares. Era una creencia general de que los cloroplastos de plantas maduras pueden importar ATP desde el citosol desde 1969, pero el Dr. Lim y su equipo demostraron que no era cierto en 2018, al introducir un nuevo sensor de ATP en los compartimentos subcelulares de una planta modelo C3. , Arabidopsis thaliana . Este hallazgo ha revisado nuestra comprensión sobre la bioenergética del cloroplasto durante el día y la noche y cómo los cloroplastos maduros optimizan la eficiencia energética .

Otro problema no resuelto en la fotoenergía es que la fuente de NADH como combustible para las mitocondrias (el principal orgánulo sintetizador de ATP en las células) para producir ATP durante la fotosíntesis no está clara. Algunos investigadores sugirieron que el exceso de equivalentes reductores transportados por el exceso de NADPH (fosfato dinucleótido de adenina reducido de nicotinamida) puede exportarse al citosol en forma de malato, que luego puede ingresar a las mitocondrias a través del transbordador de malato-OAA y convertirse en OAA y NADH en el matriz mitocondrial.

Por otro lado, algunos investigadores propusieron que durante la fotorrespiración, la glicina descarboxilasa genera una gran cantidad de NADH en las mitocondrias para la producción de ATP y el transporte de malate mitocondrial-OAA exporta los equivalentes reductores excedentes al citosol.

Revisando el flujo de energía en las células vegetales fotosintéticas
Plántulas de 7 días con sensor NADPH en plastidios. Crédito: Universidad de Hong Kong.

En las dos vías anteriores, las direcciones de la lanzadera malato-OAA a través de la membrana mitocondrial durante la fotosíntesis son opuestas entre sí y, por lo tanto, este tema había sido objeto de debate.

Para estudiar este problema, el grupo del Dr. Lim introdujo dos sensores nuevos que miden los cambios dinámicos en tiempo real en los niveles de NADPH y las relaciones NADH / NAD + (esta relación refleja el estado de reducción / oxidación de los compartimentos celulares) en Arabidopsis thaliana . Los métodos de detección convencionales requieren extracción y purificación de metabolitos de plantas y determinación por métodos químicos. Estos métodos tienen algunos inconvenientes: en la medición de planta y la medición dinámica en tiempo real no es factible; incapaz de medir las moléculas de energía en diferentes tipos de células o compartimentos subcelulares diferentes.

«Nuestra novedosa técnica resuelve todos los problemas anteriores. Al emplear estos sensores de energía, descubrimos que la fotorrespiración suministra una gran cantidad de NADH a las mitocondrias durante la fotosíntesis, que excede la capacidad de disipación de NADH de las mitocondrias. En consecuencia, el exceso de NADH debe ser exportado de las mitocondrias al citosol a través de la lanzadera mitocondrial malato-OAA «, dijo la Sra. Sheyli Lim, Ph.D. estudiante y el primer autor de un manuscrito publicado en Nature Communications . «Resolver esta pregunta nos permite comprender más sobre el flujo de energía entre los cloroplastos y las mitocondrias durante la fotosíntesis, lo que podría ayudarnos a mejorar la eficiencia de la fotosíntesis en el futuro».

«Somos el primer grupo en introducir estos tres sensores de energía novedosos en plantas . Tendrán amplias aplicaciones en investigaciones sobre bioenergética de plantas. Ahora los estamos empleando para estudiar bioenergética de células de protección, crecimiento de tubos de polen y plantas C4 con colaboradores internacionales». dijo el Dr. Lim. «Es una gran satisfacción volver a visitar y aclarar algunas creencias generales en mi campo. Deseo que nuestros hallazgos eventualmente puedan ayudar a los humanos a impulsar la producción agrícola», agregó.


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