Un estudio internacional dirigido por Helmholtz Zentrum München ha revelado la estructura de una proteína remodeladora de la membrana que construye y mantiene las membranas fotosintéticas. Estos conocimientos fundamentales sientan las bases para los esfuerzos de bioingeniería para fortalecer las plantas contra el estrés ambiental, ayudando a mantener el suministro de alimentos humanos ylucha contra el cambio climático.
Las plantas, las algas y las cianobacterias realizan la fotosíntesis, utilizando la energía de la luz solar para producir el oxígeno y la energía bioquímica que alimentan la mayor parte de la vida en la Tierra. También adsorben dióxido de carbono CO 2 de la atmósfera, contrarrestando la acumulación de este gas de efecto invernadero.Sin embargo, el cambio climático está exponiendo a los organismos fotosintéticos a un estrés ambiental cada vez mayor, lo que inhibe su crecimiento y, a largo plazo, pone en peligro el suministro de alimentos de la humanidad.
Los primeros pasos importantes de la fotosíntesis se realizan dentro de las membranas tilacoides, que contienen complejos proteicos que recolectan la luz solar. Durante décadas, se ha sabido que la proteína VIPP1 proteína inductora de vesículas en plastidios es fundamental para formar membranas tilacoides en casitodos los organismos fotosintéticos, desde plantas en la tierra hasta algas y cianobacterias en el océano. Sin embargo, sigue siendo un misterio cómo VIPP1 realiza esta función esencial. En el último número de la revista celda , un nuevo estudio realizado por un consorcio internacional de investigadores dirigido por Ben Engel del Helmholtz Pioneer Campus en Helmholtz Zentrum München revela la estructura y el mecanismo de VIPP1 con detalles moleculares.
Construcción y protección de membranas fotosintéticas
Los investigadores utilizaron microscopía crioelectrónica para generar la primera estructura de alta resolución de VIPP1. La combinación de este análisis estructural con ensayos funcionales reveló cómo VIPP1 se ensambla en una capa de membrana entretejida que da forma a las membranas tilacoides. El grupo de investigación también utilizó el corte-enfoque de borde de la tomografía crioelectrónica para obtener imágenes de las capas de VIPP1 dentro del entorno nativo de las células de algas. Al utilizar la información estructural para realizar mutaciones específicas en VIPP1, los investigadores observaron que la interacción de VIPP1 con las membranas de tilacoides es fundamental para mantener la integridad estructural deestas membranas bajo estrés por luz alta. "Nuestro estudio muestra cómo VIPP1 juega un papel central tanto en la biogénesis de los tilacoides como en la adaptación de los tilacoides a los cambios ambientales", explica el primer autor Tilak Kumar Gupta del Instituto de Bioquímica Max Planck.
Este estudio sienta las bases para una comprensión mecanicista de la biogénesis y el mantenimiento de los tilacoides. También brinda nuevas oportunidades para las plantas de ingeniería que son más resistentes a las condiciones ambientales extremas ". Los conocimientos sobre los mecanismos moleculares que controlan la remodelación de los tilacoides son un paso importante hacia el desarrollo de cultivosque no solo crecen más rápido, tienen mayor rendimiento y resistencia al estrés ambiental, sino que también absorben más CO atmosférico 2 para contrarrestar el cambio climático ", dice el líder del estudio Ben Engel.
investigación en equipo internacional
Este estudio interdisciplinario reunió los talentos de equipos de investigación de la Technische Universität Kaiserslautern Michael Schroda, Philipps-Universität Marburg Jan Schuller, Ludwig-Maximilians-Universität München Jörg Nickelsen, la Universidad de Okayama en Japón Wataru Sakamoto, Universidad McGill en Canadá Mike Strauss, Ruhr-Universität Bochum Till Rudack, el Instituto de Bioquímica Max Planck Wolfgang Baumeister y Jürgen Plitzko y Helmholtz Zentrum München. "Nuestro estudio cubre muchos campos nuevos utilizando una amplia variedad dede técnicas. Esto sólo fue posible gracias a los enormes esfuerzos colectivos de los investigadores de nuestro consorcio internacional ", dice Ben Engel.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Helmholtz Zentrum München - Centro alemán de investigación para la salud ambiental . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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