Descubrimiento IMP de Bioquímica

Protector de plantas: cómo las plantas fortalecen sus membranas de recolección de luz contra el estrés ambiental

Un equipo internacional de biólogos estructurales ha revelado la estructura y el mecanismo de VIPP1, una proteína importante para las membranas fotosintéticas.

05 de julio de 2021

Un equipo de investigadores del Instituto de Bioquímica Max Planck y el 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 la bioingeniería para fortalecer las plantas contra el estrés ambiental, ayudando a mantener el suministro de alimentos para humanos y luchar contra el cambio climático. Los resultados del estudio se publicaron en Cell.

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 absorben dióxido de carbono (CO₂) 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, 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 de proteínas que recolectan la luz solar. Durante décadas, se ha sabido que la proteína VIPP1 (proteína inductora de vesículas en plastidios) es fundamental para la formación de membranas tilacoides en casi todos los organismos fotosintéticos, desde plantas terrestres hasta algas y cianobacterias en el océano. Sin embargo, sigue siendo un misterio cómo la VIPP1 realiza esta función esencial. En el último número de la revista Cell, un nuevo estudio de un consorcio internacional de investigadores liderado por Ben Engel, ex líder del grupo de proyectos en el MPIB y ahora investigador principal en el Helmholtz Pioneer Campus en Helmholtz Zentrum München, revela la estructura y el mecanismo de VIPP1 con detalle molecular.

Representación artística de la estructura del anillo VIPP1 cubierta de exuberante vida vegetal, que representa el papel central de la VIPP1 en la construcción y mantenimiento de las membranas tilacoides fotosintéticas que permiten que las plantas crezcan.
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Representación artística de la estructura del anillo VIPP1 cubierta de exuberante vida vegetal, que representa el papel central de la VIPP1 en la construcción y mantenimiento de las membranas tilacoides fotosintéticas que permiten que las plantas crezcan.

 

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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 la VIPP1 se ensambla en una capa de membrana entretejida que da forma a las membranas tilacoides. El grupo de investigación también utilizó el enfoque de vanguardia de la tomografía crioelectrónica para obtener imágenes de las capas de la VIPP1 dentro del entorno nativo de las células de las algas. Al utilizar la información estructural para realizar mutaciones específicas en la VIPP1, los investigadores observaron que la interacción de ésta con las membranas tilacoides es fundamental para mantener la integridad estructural de estas membranas bajo un estrés de alta luminosidad. “Nuestro estudio muestra cómo la 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 Max Planck de Bioquímica.

Este estudio sienta las bases para una comprensión mecanicista de la biogénesis y el mantenimiento de los tilacoides. También brinda nuevas oportunidades para plantas de ingeniería que son más resistentes a condiciones ambientales extremas. “La comprensión de los mecanismos moleculares que controlan la remodelación de tilacoides es un paso importante hacia el desarrollo de cultivos que no solo crezcan más rápido, tengan mayor rendimiento y resistencia al estrés ambiental, sino que también absorban más CO₂ atmosférico para contrarrestar el cambio climático”, dice el líder del estudio Ben Engel.

 
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