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Nueva visión del transporte de azúcar único en plantas


El transporte de azúcar a través de proteínas de transporte de azúcar (STP, por sus siglas en inglés) es exclusivo de las plantas y es importante para el desarrollo adecuado de órganos de plantas como el polen. 


Lisbeth Heilesen, Universidad de Aarhus

Los PTS también se usan para concentrar azúcares en tejidos específicos como la fruta, y desempeñan un papel importante en la defensa de las plantas contra los ataques de hongos de cosas como el óxido y el moho.

El azúcar se genera en las hojas de la planta mediante la fotosíntesis, y se transporta como la disacárido sacarosa a otras partes de la planta a través del tejido del tamiz. En tejidos de sumidero como las raíces, el polen y las frutas, la planta puede absorber el azúcar como sacarosa o, después de la escisión, como los monosacáridos, la glucosa y la fructosa.

La captación de glucosa y otros monosacáridos es impulsada por STP que mueven el azúcar a través de la membrana celular, por lo demás impermeable, utilizando un gradiente de ácido. Estas proteínas tienen algunas propiedades específicas en comparación con proteínas similares de animales o bacterias. Tienen una afinidad extremadamente alta por el azúcar; de hecho, se unen 1000 veces más fuertemente a los azúcares que las proteínas similares en los humanos. Al mismo tiempo, mantienen un nivel muy alto de actividad en un amplio espectro de pH en comparación con otros transportadores de azúcar impulsados ​​por ácido.

Primer vistazo a un mecanismo de transporte único.

Un pequeño grupo de investigadores del Departamento de Biología Molecular y Genética de la Universidad de Aarhus en Dinamarca resolvió la estructura de una proteína de transporte de azúcar STP por primera vez y proporcionó explicaciones sobre las características particulares del transporte de STP.

Los STP son proteínas ubicadas en la membrana celular con las que es muy difícil trabajar. Por lo tanto, a menudo lleva muchos años obtener nuevos resultados, como sucedió con este estudio. Los investigadores tuvieron que cambiar de estrategia y aplicar nuevos métodos varias veces.

«Ha sido un proceso extremadamente desafiante. En el camino, tuvimos que dejar de lado resultados muy prometedores y comenzar de nuevo con nuevos métodos porque la calidad de los datos de los métodos estructurales tradicionales simplemente no fue lo suficientemente buena», dice Postdoc. Peter Aasted Paulsen, quien, como primer autor, describe los resultados en la prestigiosa revista Nature Communications . «Fue frustrante dejar ir algo que era lo suficientemente bueno como para comenzar desde un nuevo ángulo, pero ciertamente era necesario. Los muchos pequeños momentos de ‘a-ha’ que obtuvimos a través de nuestros muchos intentos fueron los que finalmente resolvieron los problemas. de obtener datos de calidad suficientemente alta. Fue fantástico cuando finalmente funcionó «.

Un nuevo dominio sorprende.

Con la nueva estructura, los investigadores muestran que la forma general de los PTS se parece a los transportadores de azúcar humanos. Pero la estructura también guarda sorpresas. Peter Aasted Paulsen destaca un nuevo dominio que no se ha descrito anteriormente. «Sobre el bolsillo de encuadernación donde se encuentra el azúcar, los STP tienen un nuevo dominio pequeño que se asemeja a una tapa que se mantiene en su lugar con un enlace inusual, el llamado puente disulfuro. Fue una observación completamente inesperada que despertó la imaginación de inmediato. «

Para investigar la función del dominio, los investigadores hicieron una versión de la proteína en la que se eliminó este enlace. Con este cambio, la proteína pierde su capacidad de transportar azúcar de manera eficiente a ciertos valores de pH. Si compara estos resultados con un análisis de la estructura, se puede ver que la tapa se mantiene en su lugar por medio de la unión, creando así un entorno favorable para la unión del ácido a un bolsillo específico de unión al ácido. Esta unión hace que una porción de la proteína sea empujada hacia la molécula de azúcar, creando así una afinidad muy alta para el azúcar.

«La biología estructural es especial cuando se trata de explicar los mecanismos muy detallados que intervienen en las proteínas», dice la profesora asistente Bjørn Panyella Pedersen, jefa del grupo de investigación. «Ha sido extremadamente satisfactorio ver cómo se combinaron aquí la estructura y la bioquímica para explicar algo completamente fundamental sobre el transporte de azúcar en plantas que no conocíamos antes».

Los resultados podrían facilitar el desarrollo de cultivos resistentes.

«Desde nuestro punto de vista un poco nerd, ha sido extremadamente emocionante poder responder a estas preguntas tan fundamentales», dice Bjørn Panyella Pedersen. «Comenzamos a trabajar con los transportadores humanos de azúcar, pero dado que muchos de los grandes problemas en este campo han sido respondidos en los últimos años, decidimos centrarnos en la captación de azúcar en otros organismos».

«Los PTS tienen características muy distintas y es muy emocionante poder mejorar nuestra comprensión de cómo funcionan», continúa Bjørn Panyella Pedersen, «Es especialmente interesante que los resultados que ahora describimos estén relacionados con la cantidad de plantas». los órganos se desarrollan correctamente y, al mismo tiempo, han demostrado ser una contribución importante a la respuesta de las plantas a los ataques de hongos. Algunas especies de trigo son resistentes a los hongos, y nuestros resultados ayudan a explicar por qué «.

Más información: Peter Aasted Paulsen et al., La estructura cristalina del simpador de plantas STP10 ilumina el mecanismo de absorción de azúcar en la superfamilia del transportador de monosacáridos, Nature Communications (2019). DOI: 10.1038 / s41467-018-08176-9 

Referencia del diario: Nature Communications  

Proporcionado por: Universidad de Aarhus

Información de: phys.org


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