Los científicos han determinado la estructura del complejo de proteínas que le da a las cianobacterias su capacidad única de convertir la luz solar débil y filtrada en energía utilizable. Sus hallazgos algún día podrían usarse para diseñar cultivos que prosperen en condiciones de poca luz.
Pequeños organismos fotosintéticos que viven prácticamente en todas partes en la tierra, las cianobacterias ayudaron a crear una atmósfera rica en oxígeno en la tierra y continuar proporcionándonos gran parte del oxígeno que necesitamos para sobrevivir.
"Cuando las cianobacterias viven en condiciones de poca luz, como debajo de la superficie de un estanque o debajo de la hojarasca en el suelo de un bosque, algunas pueden cambiar de usar la luz visible que es más propicia para su crecimiento y actividades fotosintéticas a la cosechala luz solar más débil y de color rojo lejano que se filtra hacia ellos ", dijo Donald Bryant, profesor de biotecnología Ernest C. Pollard, Penn State." Esta capacidad novedosa le da a las cianobacterias una ventaja adaptativa sobre otros organismos y es parte de por qué son responsables50 por ciento de toda la actividad fotosintética en el planeta "
En su estudio, el equipo, que incluía investigadores del Centro de Biodiseño para el Descubrimiento Estructural Aplicado de la Universidad Estatal de Arizona, investigó Fischerella thermalis , una cianobacteria terrestre utilizada previamente como organismo modelo para el estudio de la fotosíntesis. Como todas las especies de cianobacterias, F. thermalis es rico en clorofila, el pigmento responsable de la absorción de luz. Según Bryant, investigaciones recientes han sugerido que F. thermalis el complemento habitual de clorofila, llamado clorofila a, se reemplaza parcialmente bajo condiciones de luz roja lejana con una forma de la molécula estrechamente relacionada, pero químicamente distinta, conocida como clorofila f.
"Hasta ahora solo hemos podido especular sobre cómo las cianobacterias cambian al uso de clorofila f porque no hay información estructural sobre la maquinaria fotosintética involucrada disponible para que veamos qué está pasando", dijo.
Para comprender el fenómeno, Bryant y sus colegas utilizaron microscopía electrónica criogénica Cryo-EM para resolver la estructura de F. thermalis el fotosistema I, uno de los dos complejos proteicos responsables de la fotosíntesis que ocurre en todos los organismos fotosintéticos. Cryo-EM puede determinar estructuras biomoleculares con una resolución de escala casi atómica. Mediante el método, los investigadores pudieron observar las ubicaciones demoléculas de clorofila f presentes en F. thermalis . Específicamente, el equipo identificó cuatro sitios donde estas moléculas de clorofila f pueden unirse y volverse funcionales.
"Sintetizando e incorporando alrededor del 8% de clorofila f en sus complejos de fotosistema I, F. thermalis es capaz de llevar a cabo la fotosíntesis utilizando luz roja lejana de hasta casi 800 nanómetros ", dijo Chris Gisriel, un asociado postdoctoral en la Universidad de Yale que participó en esta investigación mientras era investigador en el Centro de Biodiseño para la Estructura Aplicada de la Universidad Estatal de ArizonaDescubrimiento.
Los hallazgos del equipo aparecen hoy 5 de febrero en el diario Avances científicos .
Bryant dijo que en una investigación previa, él y sus colegas descubrieron que otra proteína en las células cianobacterianas detecta la longitud de onda de la luz entrante y activa la producción del aparato fotosintético modificado cuando la luz roja lejana predomina sobre la luz visible.
Gisriel agregó: "La investigación sugiere que quizás el 25 por ciento de todas las cianobacterias, incluidos los organismos comunes del suelo, tienen esta capacidad. Esto implicaría que una porción significativa, aproximadamente un octavo, del oxígeno en la tierra proviene de organismos con esteadaptación."
Los hallazgos del equipo sugieren posibilidades interesantes para futuras aplicaciones. Por ejemplo, los cultivos podrían modificarse para controlar sus propiedades de absorción de luz dependiendo de las condiciones de luz ambiental. Además, dos cultivos podrían crecer juntos, con cultivos más cortos como la alfalfa, extrayendoluz roja lejana desde sus lugares sombreados debajo de cultivos más altos, como el maíz. Tal estrategia podría producir el doble de rendimiento de cultivo por unidad de área.
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Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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