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Investigación aclara el proceso de captación de luz en plantas


La fotosíntesis, uno de los procesos bioquímicos y biofísicos más importantes de la Tierra, proporciona alimentos y energía para casi todos los organismos vivos (incluidos los seres humanos) en la biosfera.


Academia China de Ciencias

El estudio de las estructuras y mecanismos de diversos aspectos de la fotosíntesis ofrecerá potencialmente métodos para resolver problemas cada vez más apremiantes relacionados con la energía, los alimentos y el medio ambiente. Estos problemas crean importantes limitaciones para el desarrollo sostenible de la sociedad humana.

Las reacciones primarias en la fotosíntesis de las plantas comienzan con la maquinaria de separación de agua conocida como fotosistema II (PSII). La planta PSII contiene dos módulos principales: el sistema de captación de luz (conocido como LHCII) y el sistema complejo central. El complejo del núcleo contiene un centro de reacción fotosintética y un centro de desarrollo de oxígeno capaz de dividir las moléculas de agua a temperatura ambiente. Las reacciones en el complejo central son impulsadas por el sistema de captación de luz, que absorbe la energía de la luz y la transmite al complejo central.

La arquitectura detallada de la planta PSII ha permanecido esquiva durante décadas. Una estructura de alta resolución de este gigantesco complejo supramolecular ha sido altamente anticipada en los campos de la biología estructural y la investigación de la fotosíntesis.

Recientemente, tres grupos del Instituto de Biofísica en CAS resolvieron en colaboración la estructura del supercomplejo PSII-LHCII de espinacas a una resolución de 3.2 Å a través de microscopía crioelectrónica de partícula única (crio-EM). El trabajo fue publicado en Nature el 18 de mayo de 2016.

El supercomplejo PSII-LHCII de espinacas tiene una masa molecular total de 1.1 megadalton (1 megdalton = 1×10 6 dalton) y forma un homodímero con dos unidades idénticas. Cada unidad contiene más de 25 subunidades de proteínas, 105 clorofilas, 28 carotenoides y muchos otros cofactores. Las sofisticadas características estructurales generales y la disposición de cada subunidad individual dentro del supercomplejo se han revelado en este estudio.

El ensamblaje de tres tipos diferentes de LHCII (un trímero LHCII principal y dos LHCII menores) y el complejo central está mediado por tres subunidades pequeñas; sus sitios de unión ahora se han localizado dentro del supercomplejo. El resultado explica los roles esenciales de estas pequeñas subunidades en la estabilización del supercomplejo PSII-LHCII como se descubrió en estudios funcionales previos.

Los detalles sobre las rutas de transferencia de energía entre LHCII y el complejo central en el supercomplejo PSII-LHCII han sido, hasta ahora, investigadores eludidos. Esta nueva información es vital para comprender el proceso de recolección de luz en las plantas. Al analizar las redes de pigmentos dentro del supercomplejo PSII-LHCII de espinacas, se han definido y descrito con detalle las vías específicas entre LHCII, CP29, CP26 y los complejos de antena de núcleo CP43 / CP47.

Además, los sitios de enfriamiento de energía potencial (que se forman en condiciones de luz alta) que funcionan en un proceso regulador (conocido como fotoprotección) se han ubicado dentro del supercomplejo. Estos resultados son fundamentales y avanzarán los estudios de la cinética de la transferencia de energía y el mecanismo de fotoprotección dentro del supercomplejo PSII-LHCII.

Más información: Xuepeng Wei et al, Estructura del supercomplejo del fotosistema II-LHCII de espinacas a una resolución de 3.2 Å, Nature (2016). DOI: 10.1038 / nature18020 

Referencia del diario: Naturaleza  

Proporcionado por: Academia China de Ciencias

Información de: phys.org





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