Toda la vida en la tierra depende en última instancia de la energía del sol, y la fotosíntesis es el vínculo vital. La fotosíntesis genera trifosfato de adenosina ATP, que es el combustible molecular universal en los organismos vivos. Un equipo internacional de investigadores desarrolló un enfoque para visualizar el ATPen plantas vivas y observó que los cloroplastos de plantas maduras manejan su ATP en gran medida de manera aislada de otros espacios celulares. Los resultados señalan una estrategia de las plantas para usar su energía de manera eficiente que podría informar la futura mejora de cultivos.
Sus observaciones indicaron que solo los cloroplastos de hojas muy jóvenes en desarrollo de Arabidopsis thaliana podían importar ATP desde el citosol para apoyar el desarrollo de cloroplastos, mientras que la tasa de importación de ATP en cloroplastos maduros para soportar CO 2 la fijación fue insignificante. Esta transición de desarrollo podría ser importante para restringir el consumo inútil de ATP por la noche cuando la fotosíntesis no está funcionando.
"Vimos una concentración significativamente menor de ATP en el cloroplasto que en el citosol de las células fotosintéticas maduras", dijo el autor principal del estudio, el Dr. Boon Leong Lim, de la Facultad de Ciencias Biológicas de la Universidad de Hong Kong. "Aunque el cloroplasto es elrecolector y productor de energía clave en una célula vegetal, su demanda de ATP también es extremadamente alta. La iluminación aumenta la concentración de ATP cloroplasto al instante, pero cae a un nivel basal muy rápidamente después de que se detiene la iluminación. Nuestros resultados sugieren que era necesario restringir el ATPconsumo en cloroplastos maduros en la oscuridad. Un trabajo principal de los cloroplastos de mesofila maduros es cosechar energía y exportar azúcar para apoyar el crecimiento de las plantas en la luz. Sin embargo, el consumo de energía derrochador debe evitarse en la oscuridad ". Sus hallazgos fueron publicados recientemente en eldiario Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
Los coautores, el Dr. Wayne K. Versaw y Abira Sahu, de la Universidad Texas A&M, dijeron que "las imágenes en vivo de plantas intactas proporcionaron la resolución espacial y temporal para revelar cambios importantes en la forma en que diferentes compartimentos celulares colaboran para gestionar la fotosíntesis y la energía celular en general".
Estos resultados también tienen implicaciones importantes para la comprensión del flujo de energía en las células de las plantas. Utilizando la energía cosechada de la luz solar, las moléculas de agua se dividen en protones, oxígeno y electrones. Los electrones pasan a través de fotosistemas para reducir NADP + a NADPH. Junto con la división del agua, este llamado flujo lineal de electrones LEF también crea un gradiente de pH a través de la membrana tilacoidea, que es la fuerza impulsora de la síntesis de ATP. Para fijar un CO 2 molécula en un cloroplasto, se consumen 3 moléculas de ATP y 2 moléculas de NADPH. Sin embargo, LEF solo genera 2,57 moléculas de ATP por 2 NADPH. El déficit de ATP debe cumplirse para que la fotosíntesis funcione de manera eficiente. Un artículo publicado en Naturaleza en 2015 524: 366-369 mostró que los cloroplastos en diatomeas unicelulares pueden importar ATP citosólico para apoyar la fijación de carbono.
Chiapao Voon, quien se unió al laboratorio como estudiante de doctorado, dijo: "A diferencia de las diatomeas unicelulares, los cloroplastos de plantas maduras no pueden importar ATP del citosol para complementar la demanda de CO 2 fijación. Más bien, la exportación de equivalentes reductores es la clave para mantener la relación ATP / NADPH óptima requerida para la fotosíntesis. De lo contrario, la acumulación de NADPH en cloroplastos impedirá la fotosíntesis ".
"La capacidad de estudiar el metabolismo en la célula viva con una resolución espacial entre los diferentes compartimentos celulares es un gran paso adelante y aumentará significativamente nuestra comprensión de cómo está funcionando la célula. En particular, me han interesado las implicaciones para las mitocondriascontribuciones al metabolismo fotosintético ", dijo el coautor Prof. Per Gardeström de la Universidad de Umeå.
El coautor Prof. Markus Schwarzländer de la Universidad de Münster agregó: "El estudio nos acerca un paso más a la comprensión de cuán cuidadosamente las células optimizan las condiciones de funcionamiento en sus diferentes orgánulos. Me resulta particularmente intrigante cómo se puede mantener la eficiencia del metabolismo energético de las plantas,y cómo parece que esto se ajusta dinámicamente.
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Materiales proporcionados por La Universidad de Hong Kong . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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