La fotosíntesis es un proceso bioquímico complejo mediante el cual las plantas producen oxígeno, nutrientes y bioenergía. Sin embargo, este proceso presenta una eficiencia limitada, ya que solo se utiliza una fracción de la energía solar en la fotosíntesis. Investigadores de todo el mundo están tratando de descifrar este proceso para optimizarlo y poder producir más biomasa en menos tiempo. Un equipo de investigadores en Munich ha descubierto ahora que la membrana externa de los cloroplastos podría desempeñar un papel clave en este proceso.
El equipo, liderado por Franz Hagn, profesor de Bioquímica Estructural de Membranas en la TUM (Universidad Técnica de Munich) e investigador principal en Helmholtz Munich, ha investigado un nuevo enfoque para optimizar la fotosíntesis.
Los investigadores no se centraron en el proceso químico de la fotosíntesis, sino en lo que podríamos llamar logística. “Aumentar el rendimiento de los azúcares simples y otros metabolitos en los cloroplastos es objeto de intensas investigaciones. Pero mejorar solo el proceso en sí no es suficiente. Los productos también deben ser transportados desde los cloroplastos a través de la membrana interna y externa para que la planta los pueda utilizar para crecer”, explica Hagn.
Un gran número de proteínas de transporte de la membrana de la envoltura internas y sus funcionalidades ya se ha investigado en detalle. Sin embargo, el papel de la membrana externa en este proceso es mucho menos claro. “Entre otras cosas, existía la teoría de que la membrana externa funcionaba como una especie de filtro que permitía el paso casi ilimitado de estos metabolitos”, apunta Hagn.
Los investigadores han demostrado ahora que esto no es así. Al investigar la estructura molecular de una proteína de transporte en la membrana externa, pudieron determinar el mecanismo por el cual ciertas moléculas llegan al exterior. El equipo logró demostrar que se produce un transporte controlado que selecciona metabolitos según su carga y tamaño. «Durante mucho tiempo se descartó la membrana externa de los cloroplastos como una barrera para los metabolitos de la fotosíntesis. Ahora hemos logrado mostrar que la membrana probablemente sea un factor limitante y regulado», explica Hagn.
A continuación, los científicos desean investigar los detalles estructurales y funcionales de otras proteínas de transporte de la membrana externa. A largo plazo, estos hallazgos podrían utilizarse, por ejemplo, para integrar más proteínas de transporte más grandes en la membrana externa y así acelerar el paso de los metabolitos hacia el exterior, estimulando así el crecimiento de la planta. Hagn afirma: “Aumentar el rendimiento de plantas energéticas, por ejemplo, se vuelve cada vez más importante en el contexto del cambio climático, las condiciones climáticas extremas y la escasez de energía”:
En resumen, el equipo de investigadores de Munich ha arrojado luz sobre un aspecto clave de la fotosíntesis al descubrir la importancia de la membrana externa de los cloroplastos en el transporte de metabolitos. Estos hallazgos podrían allanar el camino para futuras mejoras en la eficiencia de la fotosíntesis y el rendimiento de los cultivos, lo cual es crucial en un contexto de desafíos climáticos y energéticos.
Puede acceder al paper de la investigación a través del siguiente enlace:
https://www.nature.com/articles/s41594-023-00984-y
Créditos de imágenes: Astrid Eckert /TUM. Imagen de portada y resto: Prof Prof. Franz Hagn (derecha) y Dr. Umut Günsel frente a un modelo estructural de la proteína de transporte.
