La producción de protones de Rubisco puede mejorar la adquisición de dióxido de carbono

Vías de evolución carboxisoma. Crédito: Ben Long, Universidad Nacional de Australia

Rubisco es posiblemente la proteína más abundante y más importante de la Tierra. Esta enzima impulsa la fotosíntesis, el proceso que utilizan las plantas para convertir la luz solar en energía para impulsar el crecimiento y el rendimiento de los cultivos. El papel de Rubisco es capturar y fijar dióxido de carbono (CO2) en azúcar que alimenta las actividades de la planta. Sin embargo, a pesar de que Rubisco beneficia el crecimiento de las plantas, también puede operar a un ritmo notoriamente lento que crea un obstáculo para la eficiencia fotosintética.

Aproximadamente el 20 por ciento de las veces Rubisco fija oxígeno (O2) moléculas en lugar de CO2, lo que cuesta la energía de la planta que podría haberse utilizado para generar rendimiento. Este proceso que consume tiempo y energía se llama fotorrespiración, donde la planta envía sus enzimas a través de tres compartimentos diferentes dentro de la célula vegetal.

“Sin embargo, muchos organismos fotosintéticos han desarrollado mecanismos para superar algunas de las limitaciones de Rubisco”, dijo Ben Long, quien dirigió este estudio reciente publicado en PNAS para un proyecto de investigación llamado Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE). RIPE, que está dirigida por Illinois en asociación con la Universidad Nacional de Australia (ANU), está diseñando cultivos para que sean más productivos al mejorar la fotosíntesis.

“Entre estos organismos se encuentran microalgas y cianobacterias de ambientes acuáticos, que tienen enzimas Rubisco que funcionan eficientemente dentro de gotitas de proteína líquida y compartimentos de proteína llamados pirenoides y carboxisomas”, dijo el investigador principal Long de la Escuela de Investigación de Biología de ANU.

No se conoce del todo cómo estos compartimentos de proteínas ayudan en la función de Rubisco. El equipo de ANU tuvo como objetivo encontrar la respuesta utilizando un modelo matemático que se centró en la reacción química que lleva a cabo Rubisco. A medida que acumula CO2 de la atmósfera, Rubisco también libera protones cargados positivamente.

“Dentro de los compartimentos de Rubisco, estos protones pueden acelerar Rubisco aumentando la cantidad de CO2 disponible. Los protones hacen esto ayudando a la conversión de bicarbonato en CO2“, dijo Long.” El bicarbonato es la principal fuente de CO2 en ambientes acuáticos y organismos fotosintéticos que usan bicarbonato pueden decirnos mucho sobre cómo mejorar las plantas de cultivo “.

El modelo matemático le da al equipo de ANU una mejor idea de por qué estos compartimentos especiales de Rubisco podrían mejorar la función de la enzima y también les da más información sobre cómo pueden haber evolucionado. Una hipótesis del estudio sugiere que los períodos de CO bajo2 en la atmósfera antigua de la tierra puede haber sido el detonante para que las cianobacterias y microalgas evolucionen estos compartimentos especializados, mientras que también podrían ser beneficiosos para los organismos que crecen en ambientes de luz tenue.

Los miembros de ANU del proyecto Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE) están tratando de construir estos compartimentos Rubisco especializados en plantas de cultivo para ayudar a aumentar el rendimiento.

“Los resultados de este estudio”, explicó Long, “proporcionan una idea del funcionamiento correcto de los compartimentos Rubisco especializados y nos dan una mejor comprensión de cómo esperamos que se comporten en las plantas”.



Source: Phys.org – latest science and technology news stories by phys.org.

*The article has been translated based on the content of Phys.org – latest science and technology news stories by phys.org. If there is any problem regarding the content, copyright, please leave a report below the article. We will try to process as quickly as possible to protect the rights of the author. Thank you very much!

*We just want readers to access information more quickly and easily with other multilingual content, instead of information only available in a certain language.

*We always respect the copyright of the content of the author and always include the original link of the source article.If the author disagrees, just leave the report below the article, the article will be edited or deleted at the request of the author. Thanks very much! Best regards!