Los científicos que estudian bioquímica de plantas en el Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. Han descubierto nuevos detalles sobre las biomoléculas que frenan la producción de petróleo. Los hallazgos sugieren que la desactivación de estos frenos biomoleculares podría impulsar la producción de petróleo a una alta velocidad, un posible camino haciagenerando abundantes biocombustibles y bioproductos derivados de plantas. El estudio aparece en la revista Fisiología vegetal .
"Es normal que las células de las plantas regulen a la baja la producción de petróleo cuando les damos un exceso de ácidos grasos, y este estudio confirma nuestra hipótesis sobre cómo lo hacen. Pero también descubrimos que los frenos en la producción de petróleo están parcialmente activados incluso por debajo de lo normalcondiciones, lo que fue una gran sorpresa ", dijo el bioquímico de Brookhaven Lab John Shanklin, quien dirigió la investigación.
"Sería como conducir un automóvil durante varios años y descubrir un día que un freno de estacionamiento que no conocía había estado activado todo el tiempo. Cuando quita ese freno, el automóvil tiene mucha más potencia; eso es lo que nosotros"Acabo de descubrir para la producción de aceite vegetal", dijo.
Un delicado equilibrio
La biomolécula central de este estudio es la enzima que determina la tasa de producción de petróleo. Esa enzima, conocida como ACCasa, es una proteína compuesta por cuatro subunidades, todas las cuales son necesarias para que la enzima funcione. Con las cuatro subunidades enlugar, la enzima impulsa el primer paso en la síntesis de ácidos grasos, componentes clave de los aceites.
El trabajo anterior del grupo de Shanklin en 2012 reveló que cuando las células vegetales se alimentaban con un exceso de ácidos grasos a corto plazo que duraba menos de dos días, un circuito de retroalimentación inhibía esta enzima, por lo que la producción de aceite se ralentizaría.las concentraciones de ácido cayeron en dos días, la producción de enzimas y aceites volvería a encenderse. Pero un exceso a largo plazo de ácidos grasos inhabilitaría permanentemente la enzima. En ese momento, los científicos sabían de varias maneras que la enzima podría inhibirse, pero ningunade esas maneras podrían explicar la inhibición irreversible que estaban observando.
Cuando sus colegas de la Universidad de Missouri descubrieron una versión inactiva de una de las cuatro subunidades enzimáticas en 2016, Shanklin sospechó que esta subunidad inactiva podría ser la causa del cierre permanente, al tomar el lugar de una de las subunidades activas enla enzima. Diseñó este nuevo estudio para probar esa hipótesis.
El miembro del equipo Hui Liu obtuvo plantas en las que los genes que codifican las subunidades inactivas se desactivaron individualmente. Ella usó esas variantes para criar plantas que tenían combinaciones de subunidades desactivadas. Si la idea de Shanklin era correcta, las células con subunidades inactivas desactivadas tendríanmenor capacidad para apagar la enzima.
"Sospechamos que la desactivación de los genes desactivaría el interruptor de apagado para la producción de petróleo, permitiendo que las células de la planta produzcan más petróleo", explicó Shanklin.
Cuando el miembro del equipo Jan Keereetaweep probó esta idea alimentando a las células vegetales con un exceso de ácidos grasos, eso fue exactamente lo que sucedió: las células con combinaciones de genes discapacitados no desactivaron la producción de petróleo de la manera en que lo hicieron las células con los genes normales.
"Hubo un 50 por ciento menos de inhibición de la producción de petróleo en las células con genes deshabilitados en comparación con las células de plantas de tipo salvaje", dijo Shanklin. Ese resultado confirmó que la subunidad inactiva codificada por los genes normales en las plantas de tipo salvajefue de hecho lo que provocó el apagado permanente de la enzima.
Pero la gran sorpresa llegó cuando Keereetaweep midió la síntesis de ácidos grasos en las células vegetales con subunidades inactivas desactivadas sin alimentarlos artificialmente con exceso de ácidos grasos y comparó los resultados con los de las células vegetales de tipo salvaje en las mismas condiciones. En esas condiciones normales,donde no se esperaría ver inhibida la producción de aceite, la enzima que impulsa la producción de aceite fue significativamente más activa en las células vegetales con los genes deshabilitados que en las células vegetales normales.
"Eso significa que, incluso en condiciones normales, las subunidades inactivas están frenando ACCase, reduciendo su actividad y limitando la producción de petróleo", dijo Shanklin. "Deshabilitar los genes para esas subunidades inactivas es como quitar los frenos del automóvil,revelando el verdadero potencial del motor "
"Este proyecto fue una excelente colaboración entre Keereetaweep, Liu y Zhiyang Zhai para responder algunas preguntas científicas básicas sobre el metabolismo de las plantas", señaló Shanklin. "Ahora, el conocimiento que generaron puede apuntalar las estrategias para aumentar la acumulación de aceite en las especies de plantas cultivadaspara aplicaciones como biocombustibles o bioproductos "
Esta investigación fue financiada por la Oficina de Ciencia del DOE y la Fundación Nacional de Ciencias.
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Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Brookhaven . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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