Un equilibrio delicado de electrones que fluye a través de la maquinaria fotosintética es esencial para la capacidad de una planta de convertir la luz solar en energía y su supervivencia. Comprender los factores que regulan este equilibrio es clave para los fitomejoradores que quieran mejorar la conversión de energía lumínica en las plantas de cultivopara mayor rendimiento.
Los científicos saben que una proteína en particular es responsable de regular la expresión génica de los fotosistemas en respuesta a las perturbaciones en el flujo de electrones fotosintéticos, pero cómo detecta los electrones ha sido una pregunta sin resolver. Los científicos de la Universidad de Purdue, Sujith Puthiyaveetil e Iskander Ibrahim creen que tienen la respuesta.
Ibrahim, investigador postdoctoral en el laboratorio Puthiyaveetil, y Puthiyaveetil, profesor asistente de bioquímica y miembro del Centro de Biología Vegetal de Purdue, con sus colegas William A. Cramer, Profesor Distinguido Henry Koffler de Ciencias Biológicas de Purdue, Yulia Pushkar, aprofesor de física y astronomía, y W. Andy Tao, profesor de bioquímica, han demostrado que la proteína del sensor de cloroplasto quinasa CSK está equipada con un grupo de hierro-azufre conservado evolutivamente. El grupo le ayuda a detectar la presencia de electrones yenviando señales a la maquinaria de expresión génica en los cloroplastos de las plantas para activar y desactivar los genes del fotosistema.
"CSK es una proteína antigua que se encuentra tanto en las cianobacterias como en los cloroplastos. Hace más de mil millones de años una cianobacteria se instaló dentro de una célula huésped eucariota y se convirtió en el cloroplasto de plantas y algas", dijo Puthiyaveetil. "Al examinar la cianobacteria,proteínas CSK de plantas y diatomeas, hemos descubierto que CSK utiliza un grupo de azufre de hierro para detectar el transporte de electrones, evaluar qué tan bien fluyen los electrones y hacer ajustes en la abundancia relativa de fotosistemas de plantas para mantener la fotosíntesis funcionando correctamente y proteger elplanta del estrés oxidativo "
Los científicos fueron informados sobre el potencial del grupo metálico por el color marrón de CSK.
"Cuando nos topamos con el color marrón, sabíamos que estábamos un paso más cerca de descifrar el lenguaje molecular que CSK utiliza para hablar con la cadena fotosintética de transporte de electrones", dijo Ibrahim, autor principal de los hallazgos publicados en la revista Biología de las comunicaciones . "El tono marrón de la proteína CSK se origina en su grupo de hierro y azufre. Se sabe que los grupos de hierro y azufre juegan un papel importante en la conducción de las reacciones de transporte de electrones de la vida".
Durante la fotosíntesis, las plantas convierten la luz solar en energía a través de dos fotosistemas. El fotosistema I utiliza de manera eficiente la luz de onda larga, mientras que el fotosistema II prefiere principalmente la luz de onda corta, con los dos sistemas conectados por la piscina de plastoquinona. A medida que los sistemas funcionan, el fotosistema II envía electrones ala piscina de plastoquinona mientras que el fotosistema I los elimina y los utiliza.
Pero si una planta está expuesta a una luz de longitud de onda más corta, se puede perder el equilibrio de electrones. En ese caso, el fotosistema II enviaría electrones al grupo de plastoquinona, pero el sistema de fotos no podría dibujarlos eficientemente. Esos electrones podríanpermanecer en el grupo de plastoquinona y producir radicales libres peligrosos.
"Los dos fotosistemas son como dos células fotovoltaicas conectadas en serie", dijo Puthiyaveetil. "Deben convertir la energía de la luz a velocidades iguales para un transporte de electrones óptimo. Si el transporte de electrones no está equilibrado, se obtienen radicales libres que pueden dañar la plantamaquinaria fotosintética y lastima o mata la planta "
Los científicos de Purdue determinaron que el grupo de azufre de hierro de CSK actúa como una especie de imán para esos electrones adicionales. Cuando el conjunto de plastoquinona se reduce, lo que significa que tiene electrones en exceso, esos electrones se escapan a CSK y apagan su actividad de quinasa.
Cuando se interrumpe la actividad de la quinasa, CSK deja de transferir grupos fosfato a la maquinaria de expresión del gen cloroplasto, activa los genes del fotosistema I y aumenta su cantidad y, por lo tanto, la actividad en luz de longitud de onda corta. En esencia, cuando la actividad de la quinasa de CSK está activada, sirve comoun pedal de freno para la expresión génica del fotosistema I.
El CSK es reactivo-redox, lo que significa que utiliza el hierro y el azufre para detectar el flujo de electrones, y eso mantiene a los dos fotosistemas funcionando a la misma velocidad en la fotosíntesis.
Los hallazgos iluminan un mecanismo regulador elegante en los procesos fotosintéticos de las plantas. Es posible, dijo Puthiyaveetil, que algún día este circuito regulador pueda modificarse para aumentar la eficiencia fotosintética en las plantas de cultivo al mejorar la captura de luz en condiciones de sombra.
El Departamento de Energía de EE. UU., La National Science Foundation y el Showalter Trust apoyaron la investigación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Purdue . Original escrito por Brian Wallheimer. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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