Los científicos del Imperial College de Londres han descubierto un mecanismo de retroalimentación en el corazón de la fotosíntesis que protege a las plantas del daño de la luz.
Los investigadores han descubierto que la enzima clave en la fotosíntesis puede ajustar su actividad para evitar ser dañada por la luz y el oxígeno.
Saber cómo se regula y protege la fotosíntesis podría permitir a los científicos mejorar el proceso, lo que podría hacer que la agricultura y la producción de alimentos sean más eficientes.
Por ejemplo, comprender cómo funciona este mecanismo regulador podría ayudar a los investigadores a identificar los factores que son beneficiosos para el crecimiento de las plantas y a definir cómo ajustarlos para optimizar el crecimiento en cultivos controlados.
El fotosistema II, la enzima central de la fotosíntesis, utiliza energía solar para eliminar electrones del agua. Los electrones se utilizan para fijar el dióxido de carbono de la atmósfera, creando una forma de carbono que constituye el combustible y los componentes básicos de la vida. El fotosistema II cambió el planeta al poner la mayor parte de la energía en la biosfera y todo el oxígeno en la atmósfera.
Electrones respaldados
Cuando las hojas cierran sus poros para evitar la pérdida de agua, esto también evita el intercambio de aire para que el dióxido de carbono no pueda ingresar al sistema. A medida que se agota el dióxido de carbono dentro de la hoja, los electrones no tienen nada con lo que reaccionar y se acumulan.
Aunque el dióxido de carbono no ingresa al sistema, la luz aún lo hace y genera un exceso de electrones. Como los electrones no tienen adónde ir, en cambio se involucran en ‘reacciones de retroceso’ que forman una ‘molécula asesina’ llamada oxígeno singlete. Esta molécula asesina puede dañar la enzima fotosistema II.
Ahora, mediante el uso de una técnica llamada espectro-electroquímica, los investigadores han descubierto un mecanismo que protege a la enzima de este daño. Los electrones atrapados desencadenan la liberación de una molécula de bicarbonato de la enzima, que antes se pensaba que estaba constantemente unida a ella.
El nuevo estudio, publicado hoy en Proceedings of the National Academy of Sciences , muestra que esta liberación de bicarbonato no solo ralentiza la reacción de división del agua, sino que también protege de manera crucial a la enzima del daño de la luz debido a las reacciones dañinas.
Cosas de libros de texto
El bicarbonato se forma cuando el dióxido de carbono se disuelve en agua, por lo que su concentración está relacionada con la cantidad de dióxido de carbono en el ambiente local.
Además de los bajos niveles de dióxido de carbono que provocan la acumulación de electrones y desencadenan la liberación de bicarbonato, el estudio también sugiere la posibilidad de que el propio nivel de dióxido de carbono en el entorno de la hoja local pueda afectar la unión del bicarbonato.
«Este es un mecanismo de retroalimentación tan intuitivo en el corazón de la biología que creo que se incluirá en los libros de texto escolares», dijo el autor principal, el profesor Bill Rutherford FRS del Departamento de Ciencias de la Vida en Imperial.
«Ahora que entendemos este nuevo mecanismo en el laboratorio, el siguiente paso es definir cuándo se activa en el campo, sin mencionar el bosque, el invernadero, la maceta, el mar, el lago y el estanque».
El Dr. Andrea Fantuzzi, coautor principal también del Departamento de Ciencias de la Vida en Imperial, agregó: «El papel del bicarbonato ha sido un misterio durante mucho tiempo. Otto Warburg, premio Nobel, amigo de Einstein y uno de los principales bioquímicos del siglo XX, desconcertó sobre este problema en la década de 1950.
«Ahora se resuelve el misterio y se define un nuevo mecanismo regulador. No solo se resuelve la pregunta, sino que podría tener implicaciones reales para comprender las limitaciones del crecimiento de las plantas».
Los peligros de sobrecargar sus plantas
El mecanismo de protección recién descubierto implica el ‘ajuste redox’, un proceso que el profesor Rutherford ha defendido como la clave para la supervivencia de la vida en presencia de oxígeno. Utilizando el mismo pensamiento, también ha trabajado con un grupo de la Universidad Estatal de Michigan para explicar cómo la luz daña el Fotosistema II , otro tema polémico de larga data.
El grupo descubrió que las variaciones en la intensidad de la luz generan pulsos de campo eléctrico. Estos picos en el campo mejoran la ruta de retroacción dañina para los electrones, dañando el Fotosistema II.
Los resultados de este segundo estudio, publicado este mes en la revista eLife, mostraron que incluso el parpadeo de la luz causado por las hojas movidas por el viento podría crear pulsos peligrosos del campo eléctrico interno que resultan en una fotoinhibición, un proceso que puede limitar la planta. crecimiento. Este nuevo conocimiento podría tener importantes repercusiones en la búsqueda de mejorar la fotosíntesis para una agricultura más sostenible.
Fuente: mundoagropecuario.com
