La fotosíntesis es la columna vertebral de la vida en la Tierra, permitiendo que las plantas transformen la energía lumínica del sol en energía química y oxígeno. En el corazón de este proceso se encuentran los cloroplastos, que no solo contienen ADN propio sino también maquinarias especializadas que orquestan esta conversión vital. Un equipo de investigadores de Göttingen y Hannover ha logrado un avance significativo al visualizar en 3D la polimerasa de ARN del cloroplasto, PEP, proporcionando nuevas perspectivas sobre su estructura y función.
El PEP, una polimerasa de ARN, juega un papel crucial en la activación de los genes necesarios para la fotosíntesis. Sin un PEP funcional, las plantas no pueden realizar la fotosíntesis de manera efectiva, lo que resulta en un crecimiento comprometido y falta de pigmentación verde. Esta máquina molecular, compuesta por un complejo central de múltiples subunidades y al menos doce proteínas asociadas (PAPs), es responsable de leer las instrucciones genéticas almacenadas en el ADN de los cloroplastos.
Utilizando microscopía crioelectrónica, los investigadores han conseguido capturar imágenes detalladas del complejo PEP, compuesto por 19 subunidades, a una resolución de 3.5 angstroms. Este método involucró la congelación ultrarrápida de las muestras y la captura de miles de imágenes a nivel atómico desde múltiples ángulos. Los datos recopilados permitieron ensamblar un modelo tridimensional detallado del complejo.
El modelo estructural revela que el núcleo del PEP comparte similitudes con otras polimerasas de ARN, como las encontradas en bacterias o el núcleo celular de células superiores, pero con características específicas de los cloroplastos que facilitan la interacción con las PAPs. Estas últimas, exclusivas de las plantas, se organizan de una manera particular alrededor del núcleo de la polimerasa y juegan roles distintos en el proceso de lectura de los genes de la fotosíntesis.
Los investigadores también exploraron bases de datos para buscar pistas evolutivas sobre la arquitectura del complejo PEP. Los resultados indican que la estructura del complejo PEP se conserva a través de todas las plantas terrestres. Este descubrimiento es crucial para entender los mecanismos fundamentales de la biogénesis de la maquinaria de fotosíntesis y puede tener implicaciones importantes en la biotecnología.
El conocimiento detallado de la estructura y funcionamiento del PEP abre nuevas avenidas para la biotecnología. Podría permitir el desarrollo de cultivos más eficientes y resistentes al cambio climático mediante la manipulación genética de los componentes del PEP para optimizar la fotosíntesis. Además, el entendimiento de cómo se ha conservado esta estructura a lo largo de la evolución puede proporcionar pistas sobre cómo las plantas han adaptado sus procesos fotosintéticos a diversos ambientes.
Este estudio fue posible gracias al apoyo de varias instituciones, incluyendo la Fundación Alemana de Investigación (DFG), el Consejo Europeo de Investigación (ERC), y varios programas de excelencia académica y bioimagen a múltiples escalas, destacando la colaboración y el enfoque multidisciplinario en la investigación actual.
Puede acceder al paper de la investigación a través del siguiente enlace:
Créditos imagen de portada: © Paula Favoretti Vital do Prado and Johannes Pauly / MPI-NAT, UMG
