Tetrahymena, un pequeño organismo unicelular, esconde un secreto sorprendente: está respirando, usando oxígeno para generar energía celular, de manera diferente a otros organismos como plantas, animales o levaduras. El descubrimiento, publicado en marzo31 pulgadas Ciencia, destaca el poder de las nuevas técnicas en biología estructural y revela lagunas en nuestro conocimiento de una rama principal del árbol de la vida.
"Pensamos que sabíamos sobre la respiración al estudiar otros organismos, pero esto nos muestra cuánto aún no sabemos", dijo María Maldonado, investigadora postdoctoral en el Departamento de Biología Molecular y Celular de la Universidad de California, Davisy coautor del artículo.
Tetrahymena es un género de organismos unicelulares de vida libre que generalmente se encuentran nadando tranquilamente alrededor de estanques golpeando su capa de pequeños pelos o cilios. Como nosotros, son eucariotas, con su material genético en un núcleo. Pertenecen aun grupo grande y diverso de organismos llamado supergrupo SAR. Con algunas excepciones, como el parásito de la malaria Plasmodium, el supergrupo SAR se ha estudiado poco.
"Es una gran proporción de la biosfera, pero no pensamos mucho en ellos", dijo Maldonado.
Al igual que todos los demás eucariotas, y algunas bacterias, Tetrahymena consume oxígeno para generar energía a través de la respiración, dijo James Letts, profesor asistente de biología molecular y celular en la Facultad de Ciencias Biológicas de UC Davis.
El oxígeno entra al final de la serie de reacciones químicas involucradas en la respiración. Los electrones pasan a través de una cadena de proteínas ubicadas en estructuras llamadas crestas en la membrana interna de la mitocondria. Esto impulsa la formación de agua a partir de átomos de oxígeno e hidrógeno,bombeando protones a través de la membrana, que a su vez impulsa la formación de ATP, una reserva de energía química para la célula. Esta cadena de transporte de electrones es fundamental para la respiración basada en oxígeno en humanos y otros eucariotas.
Nuevos enfoques en biología estructural
Hubo indicios de que hay algo diferente en la cadena de transporte de electrones en Tetrahymena, dijo Letts. En las décadas de 1970 y 1980, los científicos descubrieron que su proteína transportadora de electrones, el citocromoc -- y la enzima consumidora de oxígeno al final de la cadena -- oxidasa terminal -- funcionan de manera diferente a las de las plantas y los animales. Hasta ahora, no estaba claro exactamente cómo o por qué estas enzimas diferían en Tetrahymena cuando estaban conservadasa través de otros eucariotas estudiados.
Maldonado, Letts y el coautor Long Zhou usaron nuevos enfoques en biología estructural para descubrir la cadena de transporte de electrones de Tetrahymena. Estos incluyeron un enfoque de proteómica estructural con criomicroscopía electrónica: determinar las estructuras de una gran cantidad de proteínas en una mezclamuestra al mismo tiempo.
La microscopía crioelectrónica congela las muestras a temperaturas extremadamente bajas, creando imágenes con una resolución casi atómica. En lugar de obtener imágenes de una sola proteína purificada, el equipo trabajó con muestras mixtas aisladas de las membranas mitocondriales y luego enseñó un algoritmo para reconocer estructuras relacionadas.
De esta manera, pudieron escanear cientos de miles de imágenes de proteínas e identificar las estructuras de 277 proteínas en tres grandes ensamblajes, que representan la cadena de transporte de electrones de Tetrahymena con una resolución casi atómica. Algunas de estas proteínas no tienen un gen coincidente enla base de datos conocida del genoma de Tetrahymena, lo que demuestra que debe haber lagunas en el genoma de referencia disponible.
Al revelar las lagunas en nuestro conocimiento de un organismo bastante común, el trabajo muestra nuestros puntos ciegos con respecto a la biodiversidad, dijo Letts. También muestra el potencial de estos nuevos métodos en biología estructural como herramienta de descubrimiento, dijo.
Parte del trabajo se realizó con microscopios crioelectrónicos en las instalaciones centrales de BioEM en la Facultad de Ciencias Biológicas de UC Davis. Los autores adicionales del artículo son Abhilash Padavannil y Fei Guo, ambos en UC Davis. Zhou ahora está en la Universidad de ZhejiangEscuela de Medicina, Hangzhou, China. El trabajo fue apoyado por el NIH.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad de California - Davis. Original escrito por Andy Fell. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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