Todas las plantas y animales respiran, liberando energía de los alimentos. A nivel celular, este proceso ocurre en las mitocondrias. Pero existen diferencias a nivel molecular entre cómo las plantas y los animales extraen energía de las fuentes de alimentos. Descubrir esas diferencias podría ayudar a revolucionaragricultura.
"La respiración de las plantas es un proceso biológicamente crucial para el crecimiento, para la acumulación de biomasa", dijo María Maldonado, investigadora postdoctoral en el laboratorio de James Letts, profesora asistente en el Departamento de Biología Molecular y Celular de la Facultad de Ciencias Biológicas.estás pensando en cultivos, la medida en que crecen está relacionada con la acumulación de biomasa y la interacción entre la fotosíntesis y la respiración ".
en un estudio que aparece en eLife , Maldonado, Letts y sus colegas proporcionan la primera estructura 3D a nivel atómico del mayor complejo proteico complejo I involucrado en la cadena de transporte de electrones mitocondrial de la planta.
"Para los mamíferos o las levaduras, tenemos estructuras de mayor resolución de toda la cadena de transporte de electrones e incluso supercomplejos, que son complejos de complejos, pero para las plantas, ha sido una caja negra completa", dijo Maldonado. "Hasta hoy".
Descubrir la estructura y funcionalidad de estos complejos de proteínas vegetales podría ayudar a los investigadores a mejorar la agricultura e incluso diseñar mejores pesticidas.
"Muchos pesticidas en realidad se dirigen a los complejos de la cadena de transporte de electrones mitocondriales de la plaga", dijo Letts. "Entonces, al comprender las estructuras de los complejos de la planta, también podemos diseñar pesticidas o fungicidas mejor dirigidos que matarán al hongo pero nola planta y no el humano que come la planta. "
Cultivo de frijoles mungo en la oscuridad
Para producir su alimento, las plantas utilizan cloroplastos para realizar la fotosíntesis. Pero los cloroplastos pueden representar un problema para los científicos que estudian las minucias moleculares de la cadena de transporte de electrones mitocondrial.
"Las plantas tienen mitocondrias y también tienen cloroplastos, que hacen que la planta sea verde, pero los orgánulos son muy similares en tamaño y tienen propiedades físicas muy similares", dijo Maldonado.
Estas similitudes dificultan el aislamiento de las mitocondrias de los cloroplastos en un laboratorio. Para evitar esto, los investigadores utilizaron frijoles mungo "etiolados" Vigna radiata , lo que significa que cultivaron las plantas en la oscuridad, lo que impidió el desarrollo de los cloroplastos y provocó que las plantas parecieran blanqueadas.
"Los frijoles mungo son semillas oleaginosas que almacenan energía en forma de aceites de semillas y luego los brotes comienzan a quemar esos aceites como su combustible", dijo Letts. Sin los cloroplastos, las plantas no pueden realizar la fotosíntesis, lo que limita sus flujos de energía.
Al separar las mitocondrias de los cloroplastos, los investigadores obtuvieron una imagen estructural más clara del complejo I y sus subcomplejos.
"Usamos microscopía crioelectrónica de una sola partícula para resolver la estructura de los complejos después de purificarlos a partir de muestras mitocondriales", dijo Letts.
Con estas estructuras, los científicos pueden ver, a nivel atómico, cómo se ensamblan las proteínas del bloque de construcción del complejo I y cómo esas estructuras y su ensamblaje difieren en comparación con los complejos presentes en las células de mamíferos, levaduras y bacterias.
"Nuestra estructura nos muestra por primera vez los detalles de un módulo I complejo que es exclusivo de las plantas", dijeron los investigadores. "Nuestros experimentos también nos dieron indicios de que este intermedio de ensamblaje puede no ser solo un paso hacia el ensamblaje completocomplejo I, pero puede tener una función separada propia ".
Los investigadores especularon que la estructura modular única del complejo I puede dar a las plantas la flexibilidad para prosperar como organismos sésiles.
"A diferencia de nosotros, las plantas están atrapadas en el suelo, por lo que tienen que ser adaptables", dijo Letts. "Si algo cambia, no pueden simplemente levantarse y alejarse como nosotros podemos, así que han evolucionado para serextremadamente flexible en su metabolismo ".
Con la estructura del complejo I ahora en la mano, los investigadores planean realizar experimentos funcionales. Una mayor comprensión de la funcionalidad del complejo I podría abrir la puerta para hacer que las plantas de cultivo sean más eficientes energéticamente.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Davis . Original escrito por Greg Watry. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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