La falta de vitamina A en los alimentos es una causa importante de problemas de salud en todo el mundo y puede conducir a la ceguera e incluso a la muerte. Esto es especialmente un problema en los umbrales o en los países del tercer mundo, donde es probable que los niños sufran de falta de vitaminaA o su precursor betacaroteno debido a la desnutrición. Entre sus muchas funciones, los carotenoides son responsables del color naranja brillante de las batatas, así como de su homónimo, la zanahoria. Gracias a su intenso color, el betacaroteno se utiliza en los alimentos.industria de bebidas gaseosas, yogures y otros alimentos y se conoce como colorante alimentario E160. El arroz, que es el nutriente básico más importante en Asia, no tiene betacaroteno en su núcleo, pero hay carotenoides en las hojas de la planta de arroz.La planta utiliza estos largos pigmentos solubles en grasa no solo en la fotosíntesis, durante la cual la planta genera energía y oxígeno, sino también en otros procesos.
Uno de los primeros precursores del betacaroteno es el fitoeno, que es incoloro y no soluble en agua y se puede encontrar en la bicapa lipídica de los orgánulos de plástidos, en otras palabras, en la capa externa de estos compartimentos celulares cerrados, queparticipa en muchos procesos, incluida la fotosíntesis. Aquí, la enzima fitoeno desaturasa PDS transforma el fitoeno en el siguiente intermedio de síntesis, que ya tiene un color amarillento. Investigadores en los laboratorios del Prof. Dr. Peter Beyer en la Facultad de Biologíay el Prof. Dr. Oliver Einsle de la Facultad de Química y Farmacia de la Universidad de Friburgo han aclarado con éxito la estructura tridimensional de la fitoeno desaturasa en el arroz, junto con el mecanismo de transformación del fitoeno. Para lograr esto, el Dr. SandraGemmecker y Anton Brausemann tuvieron que aislar la enzima altamente pura y cristalizarla, para poder obtener una imagen estructural tridimensional a través de experimentos de difracción con rayos X.Descubrimos que el PDS se sumerge parcialmente en la bicapa lipídica de los orgánulos plástidos y contiene un túnel hidrofóbico que conduce a su interior.La catálisis comienza cuando la molécula de fitoeno ingresa a este túnel y llega al centro de reacción de la enzima, donde la mitad de la molécula de fitoeno se transforma en la siguiente etapa intermedia de carotenoides.Después de que este producto intermediario abandona el túnel de la misma manera que entró, ingresa a otra enzima PDS justo al lado del primero, donde se transforma por completo.Una molécula auxiliar conocida como quinona luego regenera la enzima.La quinona accede a la enzima a través del mismo túnel y absorbe el exceso de electrones, preparando así la enzima para el próximo ciclo de reacción.
Si la enzima PDS en una planta no funciona correctamente, por ejemplo debido a una reacción a un herbicida, entonces las plántulas de la planta se vuelven pálidas y blanquecinas en lugar de verdes y la planta muere en unos pocos días. Desde principios del siglo XX,Los científicos de todo el mundo han estado trabajando para revelar los mecanismos exactos de la síntesis de caroteno. Sin embargo, esto ha resultado difícil debido a la composición complicada de varios complejos enzimáticos y debido a su número relativamente bajo en células vegetales. Los investigadores de la Universidad de Friburgo pudieronpara dilucidar la estructura de la enzima PDS utilizando una especialidad: agregaron una molécula de norflurazon, un herbicida desarrollado en la década de 1970, durante el aislamiento de PDS. Debido a la presencia de norflurazon, PDS se desactiva y, por lo tanto, ya no está disponible para el crecimientoplanta, lo que hace que se blanquee y muera.El conocimiento sobre la posición y orientación de este herbicida blanqueador dentro de la enzima puede ser útil para los investigadores cuando se desarrollaoptando por nuevos agentes en el futuro.Ahora también es posible inducir cambios específicos en la secuencia de la enzima y usar procedimientos biotecnológicos para dar a los cultivos una ventaja sobre las malas hierbas.
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Materiales proporcionado por Albert-Ludwigs-Universität Freiburg . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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