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Bioquímica
Identifican Molécula Clave en la
Foto-Protección de las Plantas
29 de
Abril de 2005.
 Se
acaba de colocar en su lugar otra importante pieza del rompecabezas
sobre la fotosíntesis. Un equipo de expertos ha identificado una de las
moléculas clave que ayudan a las plantas a protegerse de los daños por
oxidación como resultado de absorber demasiada luz.
El hallazgo ha sido hecho por investigadores de la Universidad de
California en Berkeley y del Lawrence Berkeley National Laboratory
(LBNL), dependiente del Departamento de Energía estadounidense.
Los investigadores determinaron que cuando las moléculas de la clorofila
en las plantas verdes alojan mayor cantidad de energía solar de la que
son capaces de utilizar inmediatamente, las moléculas de zeaxantina, un
miembro de los pigmentos carotenoides, trasladan lejos el exceso de
energía.
Este estudio fue dirigido por Graham Fleming, director de la División de
Biociencias Físicas del LBNL, y profesor de química de la Universidad de
California en Berkeley, así como por Kris Niyogi, también del LBNL y la
citada universidad. Sus resultados se han dado a conocer en la
prestigiosa revista Science.
A través de la fotosíntesis, las plantas verdes pueden recoger energía
de la luz solar y convertirla en energía química, con una eficacia
aproximada del 97%. Si los científicos pudiesen crear versiones
artificiales de fotosíntesis, el sueño de una fuente de energía
destinada a la humanidad, limpia y sostenible, podría ser una realidad.
Un problema potencial para cualquier sistema que recoja luz solar se
presenta en el caso de que el sistema se cargue excesivamente con la
energía absorbida, por lo cual sufrirá algún tipo de daño. Las plantas
resuelven este problema a través de un sistema foto-protector. La
energía excesiva, detectada a través de cambios en los niveles de pH, es
probablemente disipada al ser enrutada de un sistema molecular a otro
bajo senderos de reacciones químicas relativamente inofensivas.
Fleming indica que el mecanismo de defensa es tan sensible a los cambios
de luz, que incluso responde al paso de las nubes sobre la planta. Es
uno de los supremos ejemplos de la ingeniería natural a escala
nanométrica. El flexible sistema de cosecha energética de las plantas
consiste en dos proteínas complejas, Fotosistema I y Fotosistema II.
Cada complejo posee antenas compuestas por clorofila y moléculas
carotenoides que ganan energía extra de la excitación producida al
capturar fotones. Esta energía de excitación es encauzada a través de
una serie de moléculas dentro de un centro de reacción donde se
convierte en energía química. Los científicos han sospechado desde hace
mucho tiempo que el mecanismo de foto-protección involucra el
carotenoides en el Fotosistema II, pero, hasta ahora, los detalles eran
desconocidos.
Los pasos individuales en el proceso de foto-protección se suceden en
cuestión de picosegundos e incluso femtosegundos. Para identificar estos
pasos, los científicos necesitaron un espectroscopio ultrarrápido, sólo
disponible recientemente.
Los investigadores de Berkeley utilizaron las capacidades de este
espectroscopio para seguir el movimiento de energía de excitación en
hojas de espinaca, las cuales poseen una gran habilidad para inhibir el
exceso de energía solar. Comprobaron que una exposición intensa a la luz
solar activa la formación de moléculas de zeaxantina, las cuales pueden
actuar recíprocamente con las moléculas de clorofila excitadas. Durante
esta interacción, la energía es disipada a través de un mecanismo de
intercambio de cargas vinculado a la zeaxantina.
Para confirmar que la zeaxantina era el elemento clave en la inhibición
de absorción energética, y no algún otro intermediario, los
investigadores de Berkeley realizaron pruebas similares en cepas
mutantes especiales de Arabidopsis thaliana, una planta que sirve como
organismo modelo para los estudios sobre plantas. Estas cepas mutantes
fueron diseñadas genéticamente para sobreexpresar, o no expresar del
todo, el gen psbS, que codifica una proteína esencial en el proceso de
protección.
Los trabajos sobre estas cepas mutantes demostraron claramente que la
formación de zeaxantina y su intercambio de cargas con la clorofila eran
responsables de la protección energética. Niyogi comenta al respecto:
"Nos sorprendimos al encontrar que el mecanismo de inhibición energética
consistía en un intercambio de cargas, cuando los estudios anteriores
habían indicado que el mecanismo consistía en una transferencia de
energía". Fleming reconoce que los cálculos realizados en las
supercomputadoras del National Energy Research Scientific Computing
Center (NERSC), fueron un factor importante para lograr determinar la
naturaleza del mecanismo de protección energética.
Información adicional en:
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