Los investigadores han descubierto que la enzima clave de la fotosíntesis puede ajustar su actividad para evitar ser dañada por la luz y el oxígeno.
Saber cómo se regula y protege la fotosíntesis podría permitir a los científicos mejorar el proceso, haciendo potencialmente más eficiente la agricultura y la producción de alimentos.
Por ejemplo, entender cómo funciona este mecanismo regulador podría ayudar a los investigadores a identificar los factores que son beneficiosos para el crecimiento de las plantas y a definir cómo ajustarlos para optimizar el crecimiento en cultivos controlados.
El fotosistema II, la enzima central de la fotosíntesis, utiliza la energía solar para extraer electrones del agua. Los electrones se utilizan para fijar el dióxido de carbono de la atmósfera, creando una forma de carbono que constituye el combustible y los bloques de construcción para la vida. El Fotosistema II cambió el planeta al poner la mayor parte de la energía en la biosfera y todo el oxígeno en la atmósfera.
Electrones retenidos
Cuando las hojas cierran sus poros para evitar la pérdida de agua, esto también impide el intercambio de aire para que el dióxido de carbono no pueda entrar en el sistema. A medida que el dióxido de carbono del interior de la hoja se agota, los electrones no tienen nada con lo que reaccionar y se acumulan.
Aunque el dióxido de carbono no entra en el sistema, la luz sí lo hace, generando un exceso de electrones. Como los electrones no tienen a dónde ir, se involucran en «reacciones inversas» que forman una «molécula asesina» llamada oxígeno singlete. Esta molécula asesina puede dañar la enzima del fotosistema II.
Ahora, mediante una técnica llamada espectroelectroquímica, los investigadores han descubierto un mecanismo que protege a la enzima de este daño. Los electrones atrapados desencadenan la liberación de una molécula de bicarbonato de la enzima, que hasta ahora se pensaba que estaba constantemente unida a ella.
El nuevo estudio, publicado hoy en Proceedings of the National Academy of Sciences, demuestra que esta liberación de bicarbonato no sólo ralentiza la reacción de división del agua, sino que, además, protege a la enzima de los daños causados por la luz debido a las reacciones adversas.
Cosas de los libros de texto
El bicarbonato se forma cuando el dióxido de carbono se disuelve en el agua, por lo que su concentración está relacionada con la cantidad de dióxido de carbono en el entorno local.
Además de que los bajos niveles de dióxido de carbono provocan la acumulación de electrones y desencadenan la liberación de bicarbonato, el estudio también sugiere la posibilidad de que el propio nivel de dióxido de carbono en el entorno local de las hojas pueda influir en la unión del bicarbonato.
«Se trata de un mecanismo de retroalimentación tan intuitivo en el corazón de la biología que creo que se incluirá en los libros de texto», dijo el autor principal, el profesor Bill Rutherford FRS del Departamento de Ciencias de la Vida del Imperial.
«Ahora que entendemos este nuevo mecanismo en el laboratorio, el siguiente paso es definir cuándo entra en acción en el campo, por no hablar del bosque, el invernadero, la maceta, el mar, el lago y el estanque».
El Dr. Andrea Fantuzzi, coautor principal también del Departamento de Ciencias de la Vida del Imperial, añadió: «El papel del bicarbonato ha sido un misterio durante mucho tiempo. Otto Warburg, premio Nobel, amigo de Einstein y uno de los bioquímicos más importantes del siglo XX, se preguntaba sobre este problema en la década de 1950.
«Ahora el misterio está resuelto y se ha definido un nuevo mecanismo de regulación. No sólo se ha resuelto la cuestión, sino que podría tener implicaciones reales para entender las limitaciones del crecimiento de las plantas».
